JP5151075B2 - Image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, and computer program - Google Patents

Image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, and computer program Download PDF

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    • H04N25/134Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements

Description

本発明は、所定の色コーディングのフィルタ(色フィルタ)を有する固体撮像装置の出力信号を処理する画像処理装置及び画像処理方法、これら画像処理装置又は画像処理方法を用いた撮像装置、並びにコンピュータ・プログラムに関する。   The present invention relates to an image processing device and an image processing method for processing an output signal of a solid-state imaging device having a filter (color filter) of a predetermined color coding, an imaging device using the image processing device or the image processing method, and a computer Regarding the program.

カメラは、視覚的な情報を記録する手段として長い歴史を持つ。最近では、フィルムや感光板を使って撮影する銀塩カメラに代わって、CCD(ChargeCoupled Device)やCMOS(Complementary Mental−Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子で捕捉した画像をデジタル化するデジタルカメラが広範に普及している。   Cameras have a long history as a means of recording visual information. Recently, in place of silver halide cameras that shoot using film and photosensitive plates, digital cameras that digitize images captured by solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Mental-Oxide Semiconductor) are widely used. Is popular.

固体撮像素子を利用したイメージ・センサは、2次元に配列された各画素(フォトダイオード)が光電効果を利用して光を電荷に変換する仕組みにより構成される。通常、受光面にR(赤)、緑(G)、青(B)の3色からなる色フィルタを設け、入射光を人間の目で見える3原色に色分解する。そして、各画素では色フィルタを通した入射光量に対応して蓄積された信号電荷を読み取ることで、人間の目に見えるRGB画像信号を得ることができる。   An image sensor using a solid-state imaging device is configured by a mechanism in which each pixel (photodiode) arranged two-dimensionally converts light into electric charges using a photoelectric effect. Usually, a color filter composed of three colors of R (red), green (G), and blue (B) is provided on the light receiving surface to separate incident light into three primary colors that can be seen by human eyes. In each pixel, an RGB image signal that can be seen by human eyes can be obtained by reading the signal charge accumulated corresponding to the amount of incident light that has passed through the color filter.

さらに、RGB画像信号をYUV画像信号に色空間変換して、表示出力や画像記録に使用される。YUVは、輝度信号Yと赤の色差U及び青の色差Vからなる2つの色度で色を表現するものであり、YUV変換することで、輝度に対する解像度は高いが色に対する解像度が低いという人間の視感度特性を利用して、データ圧縮を行ない易くなる。例えば、NTSC(National Television Standards Committee)規格では、以下の3式によりRGBからYUVへの色空間変換が施される。   Further, the RGB image signal is color space converted into a YUV image signal and used for display output and image recording. YUV expresses a color with two chromaticities consisting of a luminance signal Y, a red color difference U and a blue color difference V, and YUV conversion is a human whose resolution for luminance is high but resolution for color is low. This makes it easy to perform data compression. For example, in the NTSC (National Television Standards Committee) standard, color space conversion from RGB to YUV is performed by the following three formulas.

Y=0.6G+0.3R+0.1B ……(1)
Cr(R−Y)=R−(0.3R+0.6G+0.1B) …(2)
Cb(B−Y)=B−(0.3R+0.6G+0.1B) …(3)
Y = 0.6G + 0.3R + 0.1B (1)
Cr (R−Y) = R− (0.3R + 0.6G + 0.1B) (2)
Cb (B−Y) = B− (0.3R + 0.6G + 0.1B) (3)

例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の原色フィルタを3個の固体撮像装置に対して同空間位相に配置することで高解像度なRGB信号を得て、高画質化を実現した3板式撮像装置が知られている。しかし、3板式撮像装置は、3個の固体撮像装置を用いて入射光をRGBの色毎に分解するプリズムを用いる必要があるため、装置の小型化や低コスト化を図る上で難がある。   For example, R (red), G (green), and B (blue) primary color filters are arranged in the same spatial phase with respect to three solid-state imaging devices, thereby obtaining a high-resolution RGB signal and improving image quality. An realized three-plate imaging device is known. However, since the three-plate imaging device needs to use a prism that separates incident light into RGB colors using three solid-state imaging devices, it is difficult to reduce the size and cost of the device. .

一方、1個の固体撮像装置にRGBの色フィルタを画素単位で適当に配列することで、小型化・低コスト化を図った単板式撮像装置もある。この単板式撮像装置では、R、G、Bの各色フィルタを画素単位で間欠的に配列した色コーディングが施されている。色コーティングの代表的なものとして、従来から広く用いられているベイヤー配列が挙げられる(図24を参照のこと)。   On the other hand, there is also a single-plate image pickup apparatus that is reduced in size and cost by appropriately arranging RGB color filters in units of pixels in one solid-state image pickup apparatus. In this single-plate imaging device, color coding is performed in which R, G, and B color filters are intermittently arranged in units of pixels. A typical example of the color coating is a Bayer array that has been widely used in the past (see FIG. 24).

色コーディングすると、Rの色フィルタが配置された画素ではG及びBの成分の情報が欠落し、Gの色フィルタが配置された画素ではR及びBの成分の情報が欠落し、Bの色フィルタが配置された画素ではG及びRの成分の情報が欠落することになる。後の信号処理で色空間変換を行なう際、各画素においてRGBすべての信号が必要である。何故ならば、空間的に位相が異なるRGB信号から上式(1)〜(2)を用いて輝度信号Yや色差信号Cr、Cbを生成すると、色偽信号を作る原因となるからである。このため、色フィルタ配列補間により各画素で失われた色信号を復元して、同じ空間位相のRGB信号を作った上で(図25を参照のこと)、色空間変換を行なう必要がある。このような補間技術は「デモザイク」と呼ばれる。   When color coding is performed, information on the G and B components is lost in the pixel in which the R color filter is arranged, and information on the R and B components is missing in the pixel in which the G color filter is arranged. In the pixel in which G is arranged, information on the components of G and R is lost. When color space conversion is performed in later signal processing, all RGB signals are required in each pixel. This is because if the luminance signal Y and the color difference signals Cr and Cb are generated from the RGB signals having spatially different phases using the above equations (1) to (2), a false color signal is generated. Therefore, it is necessary to perform color space conversion after restoring the color signal lost in each pixel by color filter array interpolation to create an RGB signal having the same spatial phase (see FIG. 25). Such an interpolation technique is called “demosaic”.

RGB信号の補間精度は色コーディングに依存するから、色コーディングに応じて固体撮像装置の特性が異なることになる。図24に示したベイヤー配列は、奇数行目にRの色フィルタとGの色フィルタとを交互に配列し、偶数行目にGの色フィルタとBの色フィルタを交互に配列している。ベイヤー配列では、RBの各色フィルタに対してGの色フィルタを多く配列した構成を採っているので、RBよりもGをより高い精度で補間することができる。   Since the interpolation accuracy of the RGB signal depends on the color coding, the characteristics of the solid-state imaging device differ depending on the color coding. In the Bayer arrangement shown in FIG. 24, R color filters and G color filters are alternately arranged in odd rows, and G color filters and B color filters are alternately arranged in even rows. Since the Bayer arrangement employs a configuration in which many G color filters are arranged for each RB color filter, G can be interpolated with higher accuracy than RB.

上式(1)から明らかなように、Gは輝度信号を作る上で主成分であり、輝度信号の解像度はGの解像度に大きく依存する。画像信号の解像度は画素のサンプリングレート1/fsに比例するが(fsは画素のサンプリング周波数)、ベイヤー配列によれば、Gの色フィルタ配列補間の精度を向上させることで、RBの解像度よりもGの解像度が高いという特性を得ることができる。人間は輝度に対しての解像度が高く、色に対する解像度が低いという視感度特性を持つので、ベイヤー配列は人間の視感特性をうまく利用した色コーディングと言える。   As is clear from the above equation (1), G is a main component in creating a luminance signal, and the resolution of the luminance signal greatly depends on the resolution of G. Although the resolution of the image signal is proportional to the pixel sampling rate 1 / fs (fs is the pixel sampling frequency), according to the Bayer array, by improving the accuracy of the G color filter array interpolation, the resolution of the RB The characteristic that the resolution of G is high can be obtained. Since humans have a visibility characteristic of high resolution with respect to luminance and low resolution with respect to color, the Bayer array can be said to be color coding that makes good use of human visibility characteristics.

また、補間技術によって、空間的に位相が異なるRGB信号から同空間位相のRGB信号を如何に最適に作ることができるかが重要である。画像信号の補間処理が最適でないと、高解像度の画像が得られなかったり、あるいは、偽色信号が発生したりする原因となる。   It is also important how the RGB signal having the same spatial phase can be optimally generated from the RGB signals having different spatial phases by the interpolation technique. If the interpolation processing of the image signal is not optimal, a high-resolution image cannot be obtained, or a false color signal is generated.

例えば、ベイヤー配列で色コーディングされたRGB画像信号の補間処理を行なう際に、補間すべき画素の近傍8画素、すなわち注目画素の上、下、右、左、右上、右下、左上、左下の計8画素の変化量を算出し、この算出した変化量に重み付けをして相関値を算出するとともに、この算出した相関値を基にして補間係数を決定し、補間データに対して補間係数をそれぞれ掛け合わせた後で加算する画像処理装置について提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。   For example, when performing interpolation processing of an RGB image signal color-coded with a Bayer array, eight pixels in the vicinity of the pixel to be interpolated, that is, the upper, lower, right, left, upper right, lower right, upper left, lower left of the target pixel. A change amount of a total of 8 pixels is calculated, a correlation value is calculated by weighting the calculated change amount, an interpolation coefficient is determined based on the calculated correlation value, and an interpolation coefficient is calculated for the interpolation data. Proposals have been made on image processing apparatuses that add after being multiplied (see, for example, Patent Document 1).

この画像処理装置によれば、補間係数に基づいて上記4つの画素情報を基に補間処理を行なうことにより、相関値の算出方向に対して直交していない方向のエッジに対しても良好に相関の度合いを判定できることから、補間処理後の斜めエッジがぼやけることなく良好に再現できるとともに、折れ曲がった線や、直角に曲がった角の部分などにおいても良好に補間することが可能となる。   According to this image processing apparatus, by performing an interpolation process based on the above four pixel information based on the interpolation coefficient, it is possible to correlate well even with an edge in a direction not orthogonal to the correlation value calculation direction. Therefore, it is possible to satisfactorily reproduce the oblique edge after the interpolation processing without blurring, and it is possible to satisfactorily interpolate a bent line or a corner portion bent at a right angle.

ところで、ベイヤー配列においては、色フィルタの配列から決定されるGの解像度とRBの解像度の限界解像度は斜め45度方向で同じである。Gは輝度信号を作る上での主成分であって輝度解像度に大きく依存し、RBは色差信号の解像度に大きく依存するために、Gの解像度を上げることが高解像度な画像を生成するポイントとなる。また、人間の目は、輝度に関しては高い周波数まで認識できるが、色に関しては高い周波数を認識することが困難であるいう性質があることから、ベイヤー配列は色解像度と輝度解像度のバランスが人間の視感度特性と十分にはマッチングしていないと思料される。 By the way, in the Bayer array, the limit resolution of the G resolution and the RB resolution determined from the color filter array is the same in the oblique 45 degree direction. Since G is a main component in creating a luminance signal and greatly depends on the luminance resolution, and RB greatly depends on the resolution of the color difference signal, increasing G resolution generates a high-resolution image. Become. In addition, the human eye can recognize up to a high frequency with respect to luminance, but it is difficult to recognize a high frequency with respect to color, so the Bayer array has a balance between color resolution and luminance resolution. It is thought that it does not match the visibility characteristics sufficiently.

かかる点に鑑み、本出願人は、輝度成分を作る上で主成分となるG成分を、他のRB成分の各々の周囲を囲むように配置し、ベイヤー配列に対してRBの画素数を1/2にする代わりにGを増やすことで、色解像度を若干犠牲にするが輝度解像度を約2倍に上げた色コーディングについて提案している(例えば、特願2005−107037号明細書を参照のこと)。このような色コーディングの方が、ベイヤー配列の色コーディングよりも人間の視感度特性にマッチするが、ベイヤー配列の色コーディングの場合よりも高い解像度を出すべく、より高度な補間処理が必要になる。   In view of this point, the present applicant arranges the G component, which is the main component in creating the luminance component, so as to surround each of the other RB components, and sets the number of RB pixels to 1 with respect to the Bayer array. A color coding method has been proposed in which the luminance resolution is approximately doubled by slightly increasing the G resolution by increasing G instead of / 2 (see, for example, Japanese Patent Application No. 2005-107037). about). Such color coding matches human visibility characteristics more than Bayer color coding, but requires more advanced interpolation processing to achieve higher resolution than Bayer color coding. .

特開平11−177994号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-177994

本発明の目的は、色コーディングされたRGB画像をより高い精度で色フィルタ配列補間を施して、より高い輝度解像度を得られるようにした、優れた画像処理装置及び画像処理方法、撮像装置、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an excellent image processing device, image processing method, imaging device, and color luminance that can be obtained by performing color filter array interpolation on a color-coded RGB image with higher accuracy. To provide a computer program.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理装置において、
画像信号を入力する手段と、
前記画像信号について、画素間の相関度合いを示す、少なくとも第1の相関値及び第2の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記第1の相関値と前記第2の相関値とに基づいて、所望の画素を補間する際に使用する他の画素を特定する補間用画素特定手段と、
前記補間用画素特定手段により特定された画素から前記所望の画素を補間する補間手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置である。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect of the present invention is an image processing apparatus that processes an image captured by an imaging unit having a color filter for color coding.
Means for inputting an image signal;
Correlation value calculating means for calculating at least a first correlation value and a second correlation value indicating a degree of correlation between pixels for the image signal;
Interpolation pixel specifying means for specifying other pixels to be used when interpolating a desired pixel based on the first correlation value and the second correlation value;
Interpolating means for interpolating the desired pixel from the pixels specified by the interpolation pixel specifying means;
An image processing apparatus comprising:

本発明に係る画像処理装置は、例えば、各画素が水平方向及び垂直方向で等間隔となるように正方格子状に配列された画素配列に対して、輝度成分を算出する際に主成分となる色成分が、他の色成分のそれぞれの周囲を囲むように配置した色フィルタを用いた色コーディングが施された画像信号に対して、色フィルタ配列補間を行なうものである。あるいは、色コーディング用の色フィルタ上には、各画素が1行毎及び1列毎に画素ピッチの1/2ずつずれた斜め画素配列に対して、輝度成分を算出する際に主成分となる色成分が、他の色成分のそれぞれの周囲を囲むように配置されている。   The image processing apparatus according to the present invention becomes a main component when calculating a luminance component, for example, for a pixel array in which each pixel is arranged in a square lattice so as to be equally spaced in the horizontal direction and the vertical direction. Color filter array interpolation is performed on an image signal subjected to color coding using color filters arranged so that the color components surround each of the other color components. Alternatively, on the color filter for color coding, each pixel becomes a main component when calculating a luminance component with respect to an oblique pixel array in which each pixel is shifted by ½ of the pixel pitch for each row and each column. The color components are arranged so as to surround each of the other color components.

このような色コーディングは、ベイヤー配列に対してRBの画素数を1/2にする代わりにGを増やすことにより、理論的なGの限界解像度が上がる。したがって、Gの高精度に補間処理することによってGの解像度が限界解像度付近まで向上するので、色解像度を若干犠牲にするものの、輝度解像度を約2倍に向上させることができる。   Such color coding increases the theoretical limit resolution of G by increasing G instead of halving the number of RB pixels relative to the Bayer array. Accordingly, since the G resolution is improved to near the limit resolution by performing the interpolation processing with high accuracy of G, the luminance resolution can be improved by about twice, although the color resolution is sacrificed slightly.

相関値算出手段は、補間対象となる(すなわち輝度信号の主成分となるGが欠落した)空間位置の画素においてGを補間する際、その画素を取り囲む周囲の画像信号について、画素間でGの相関の強さを示す相関値を少なくとも2以上の方向で算出する。   When the correlation value calculation means interpolates G in a pixel at a spatial position to be interpolated (that is, G that is the main component of the luminance signal is missing), the correlation value calculation means calculates G between pixels for the surrounding image signal surrounding the pixel. A correlation value indicating the strength of the correlation is calculated in at least two directions.

画素間の相関値は、画像の水平方向と垂直方向といった具合に、直交する2方向で画像信号をフィルタリングし、そのフィルタ出力から1つの方向特性において相関値を算出することができる。ここで言うフィルタは、好ましくはDC成分を除去するバンドパスフィルタであり、微分フィルタを始めとするハイパスフィルタを使用することができる。   The correlation value between pixels can be obtained by filtering the image signal in two orthogonal directions such as the horizontal direction and the vertical direction of the image, and calculating the correlation value in one direction characteristic from the filter output. The filter here is preferably a band-pass filter that removes a DC component, and a high-pass filter such as a differential filter can be used.

水平方向のバンドバスフィルタ出力をBPF(H)、垂直方向のバンドパスフィルタ出力をBPF(V)とおくと、水平垂直方向HVの相関値S(HV)はBPF(H)/{BPF(H)+BPF(V)}で表される。そして、S(HV)は0〜1の値をとるが、1に近づくと水平方向に画像信号のうねりがあり、垂直方向において画素間の相関が高いことを表すから、所望画素を取り囲む周囲画素のうち垂直方向に位置する画素を補間用の画素として特定することが好ましい。逆にS(HV)が0に近づくと、垂直方向に画像信号のうねりがあり、水平方向において画素間の相関が高いことを表すから所望画素の水平方向に位置する画素を補間用の画素として特定することが好ましい。   When the band-pass filter output in the horizontal direction is BPF (H) and the band-pass filter output in the vertical direction is BPF (V), the correlation value S (HV) in the horizontal and vertical direction HV is BPF (H) / {BPF (H ) + BPF (V)}. S (HV) takes a value of 0 to 1, but when it approaches 1, it indicates that there is a wave of the image signal in the horizontal direction and the correlation between the pixels is high in the vertical direction. Of these, it is preferable to specify a pixel positioned in the vertical direction as a pixel for interpolation. On the other hand, when S (HV) approaches 0, there is a wave of the image signal in the vertical direction, indicating that the correlation between the pixels is high in the horizontal direction. Therefore, the pixel located in the horizontal direction of the desired pixel is used as a pixel for interpolation. It is preferable to specify.

相関値算出手段は、水平垂直方向の相関値S(HV)を第1の相関値として算出することができる。但し、単一の方向特性で算出した相関値のみを使用する場合、相関値S(HV)が0.5付近の値となるときには、垂直軸に対し+45度の方向で画素間の相関が高いのか、あるいは−45度の方向で画素間の相関が高いのかが不明となり、補間用の画素を特定することができなくなる。   The correlation value calculation means can calculate the correlation value S (HV) in the horizontal and vertical directions as the first correlation value. However, when only the correlation value calculated with a single direction characteristic is used, when the correlation value S (HV) is a value near 0.5, the correlation between pixels is high in the direction of +45 degrees with respect to the vertical axis. Or whether the correlation between the pixels is high in the direction of -45 degrees is unclear, and the interpolation pixels cannot be specified.

そこで、相関値算出手段は、さらに第1の相関値とは異なる方向特性において第2の相関値を求め、第1の相関値が中間的な値となるときを補い、補間用画素特定手段において画素を補間する方向を特定する分解能を向上させるようにした。   Therefore, the correlation value calculating means further obtains the second correlation value in the direction characteristic different from the first correlation value, and compensates for the case where the first correlation value is an intermediate value. Improved the resolution to specify the direction to interpolate pixels.

相関値算出手段は、第1の相関値を算出する際に用いる1組の直交するフィルタとは方向特性の異なる他のもう1組の直交するフィルタを配設して、これらのフィルタ出力に基づいて第2の相関値を算出する。   The correlation value calculating means arranges another set of orthogonal filters having different directional characteristics from the set of orthogonal filters used when calculating the first correlation value, and based on these filter outputs. To calculate a second correlation value.

上述したように第1の相関値として水平垂直方向HVの相関値S(HV)を算出する場合、第2の相関値として、非水平方向NHのバンドパスフィルタ出力BPF(NH)と、BPF(HN)とは直交する非水平方向NHのバンドパスフィルタ出力BPF(NH)を基に算出される非水平非垂直方向NH/NVの相関値S(NH/NV)を用いることができる。S(NH/NV)は、BPF(NH)/{BPF(NH)+BPF(NV)}で表される。   When the correlation value S (HV) in the horizontal / vertical direction HV is calculated as the first correlation value as described above, the band-pass filter output BPF (NH) in the non-horizontal direction NH and the BPF ( The correlation value S (NH / NV) of the non-horizontal non-vertical direction NH / NV calculated based on the band pass filter output BPF (NH) of the non-horizontal NH that is orthogonal to HN) can be used. S (NH / NV) is represented by BPF (NH) / {BPF (NH) + BPF (NV)}.

垂直方向Hに対してそれぞれ±45度だけ回転させた方向を非水平方向NH、非垂直方向NVとして、直交するNH及びNV方向にそれぞれ配置したバンドパスフィルタの出力から第2の相関値を求める場合、第1の相関値と第2の相関値は一方が0.5付近の相関値であるときに他方の相関値で補い合うことができ、補間方向を特定するための分解能が最大限となる。   The second correlation value is obtained from the outputs of the bandpass filters arranged in the orthogonal NH and NV directions, with the directions rotated by ± 45 degrees with respect to the vertical direction H as non-horizontal directions NH and non-vertical directions NV, respectively. In this case, when one of the first correlation value and the second correlation value is a correlation value in the vicinity of 0.5, the other correlation value can be supplemented, and the resolution for specifying the interpolation direction is maximized. .

すなわち、本発明に係る画像処理装置によれば、補間用画素特定手段は、相関値算出手段により求めた複数の相関値を比較することによって相関の方向を全方向(360度)に渡って判定することが可能であり、補間すべき方向をより細かい粒度で特定することができる。そして、補間手段は、その特定された方向に存在する画素の周辺画素の情報を基に、補間対象となる画素に対して補間処理を行なうようにすればよい。   That is, according to the image processing apparatus of the present invention, the interpolation pixel specifying unit determines the direction of correlation in all directions (360 degrees) by comparing a plurality of correlation values obtained by the correlation value calculating unit. The direction to be interpolated can be specified with a finer granularity. Then, the interpolation means may perform the interpolation process on the pixel to be interpolated based on the information on the peripheral pixels of the pixel existing in the specified direction.

また、本発明の第2の側面は、色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理装置において、
画像信号を入力する手段と、
前記画像信号について、画素間の相関度合いを示す、少なくとも第1の相関値及び第2の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記相関値算出手段により算出した各相関値に関する信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記信頼度に応じた補間処理で所望の画素を補間する補間手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an image processing apparatus for processing an image captured by an imaging unit having a color filter for color coding.
Means for inputting an image signal;
Correlation value calculating means for calculating at least a first correlation value and a second correlation value indicating a degree of correlation between pixels for the image signal;
Reliability calculation means for calculating the reliability of each correlation value calculated by the correlation value calculation means;
An interpolation means for interpolating a desired pixel by an interpolation process according to the reliability;
An image processing apparatus comprising:

本発明の第1の側面によれば、補間対象となる画素の周囲画素に関して、方向特性の異なる2以上の相関値を求め、これら複数の相関値を比較することによって相関の方向を全方向(360度)に渡って判定して、補間すべき方向をより細かい粒度で特定することができる。しかしながら、このような補間する方向の特定方法は、各方向特性において求めた相関値が信頼できるものであることが前提となる。   According to the first aspect of the present invention, two or more correlation values having different directional characteristics are obtained for the surrounding pixels of the pixel to be interpolated, and the correlation direction is determined in all directions by comparing the plurality of correlation values. 360 degrees), the direction to be interpolated can be specified with a finer granularity. However, such a method for specifying the direction to be interpolated assumes that the correlation value obtained in each direction characteristic is reliable.

そこで、本発明の第2の側面に係る画像処理装置では、前記第1の相関値と前記第2の相関値に関する信頼度を算出し、信頼度に応じた補間処理方法を用いて所望の画素信号を補間するように構成した。例えば、前記相関値算出手段により算出された各相関値の和に基づいて信頼度を算出することができる。   Therefore, in the image processing apparatus according to the second aspect of the present invention, the reliability relating to the first correlation value and the second correlation value is calculated, and a desired pixel is calculated using an interpolation processing method according to the reliability. It was configured to interpolate the signal. For example, the reliability can be calculated based on the sum of the correlation values calculated by the correlation value calculation means.

ここで、算出した相関値が信頼性のある場合には、本発明の第1の側面に係る画像処理装置と同様に、求めた複数の相関値を相関線と比較することによって相関の方向を全方向(360度)に渡って判定することにより、補間すべき方向を決定して、より精度の高い画素補間を行なう。この結果、精度の高いG信号を基に、解像度の高い輝度信号を得ることができる。   Here, when the calculated correlation value is reliable, the direction of the correlation is determined by comparing the obtained correlation values with the correlation line, as in the image processing apparatus according to the first aspect of the present invention. By determining over all directions (360 degrees), the direction to be interpolated is determined, and more accurate pixel interpolation is performed. As a result, a high-resolution luminance signal can be obtained based on a highly accurate G signal.

他方、算出した相関値が信頼性に欠けるときには、補間する対象となる画素の周辺画素の情報の平均値を用いて補間を行なう。この場合、補間される画素の精度は抑えられ、解像度の高い輝度信号を得ることはできない反面、平均化処理によりSNを向上することができる。   On the other hand, when the calculated correlation value is unreliable, interpolation is performed using the average value of the information on the peripheral pixels of the pixel to be interpolated. In this case, the accuracy of the interpolated pixels can be suppressed and a luminance signal with high resolution cannot be obtained, but the SN can be improved by the averaging process.

また、本発明の第3の側面は、色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像に対する処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムにおいて、前記コンピュータに対し、
前記撮像手段による画像信号について、画素間の相関度合いを示す、少なくとも第1の相関値及び第2の相関値を算出する相関値算出手順と、
前記第1の相関値と前記第2の相関値とに基づいて、所望の画素を補間する際に使用する他の画素を特定する補間用画素特定手順と、
前記補間用画素特定手順を実行して特定された画素から前記所望の画素を補間する補間手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer program written in a computer-readable format so as to execute processing on an image picked up by an image pickup means having a color filter for color coding on the computer. Whereas
A correlation value calculation procedure for calculating at least a first correlation value and a second correlation value indicating a degree of correlation between pixels for an image signal by the imaging means;
An interpolation pixel specifying procedure for specifying another pixel to be used when interpolating a desired pixel based on the first correlation value and the second correlation value;
An interpolation procedure for interpolating the desired pixel from the pixels identified by performing the interpolation pixel identification procedure;
Is a computer program characterized in that

また、本発明の第4の側面は、色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像に対する処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムにおいて、前記コンピュータに対し、
前記撮像手段による画像信号について、画素間の相関度合いを示す、少なくとも第1の相関値及び第2の相関値を算出する相関値算出手順と、
前記相関値算出手順を実行して算出された各相関値に関する信頼度を算出する信頼度算出手順と、
前記信頼度に応じた補間処理で所望の画素を補間する補間手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a computer program written in a computer-readable format so as to execute processing on an image picked up by an image pickup means having a color filter for color coding on the computer. Whereas
A correlation value calculation procedure for calculating at least a first correlation value and a second correlation value indicating a degree of correlation between pixels for an image signal by the imaging means;
A reliability calculation procedure for calculating a reliability for each correlation value calculated by executing the correlation value calculation procedure;
An interpolation procedure for interpolating a desired pixel by interpolation processing according to the reliability,
Is a computer program characterized in that

本発明の第3及び第4の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第3及び第4の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータにインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本発明の第1及び第2の各側面に係る画像処理装置と同様の作用効果をそれぞれ得ることができる。   The computer program according to each of the third and fourth aspects of the present invention defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on the computer. In other words, by installing the computer program according to the third and fourth aspects of the present invention in a computer, a cooperative action is exhibited on the computer, and the first and second aspects of the present invention. The same operational effects as those of the image processing apparatus according to the above can be obtained.

本発明によれば、色コーディングされたRGB画像をより高い精度で色フィルタ配列補間を施して、より高い輝度解像度を得られるようにした、優れた画像処理装置及び画像処理方法、撮像装置、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。   According to the present invention, an excellent image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, and color luminance that are obtained by performing color filter array interpolation on a color-coded RGB image with higher accuracy, and an imaging apparatus, A computer program can be provided.

本発明によれば、とりわけ、各画素が水平方向及び垂直方向で等間隔となるように正方格子状に配列された画素配列において、輝度成分を算出する際に主成分となる色成分が、他の色成分のそれぞれの周囲を囲むように配置した色フィルタを用いた色コーディングが施された画像信号に対し、輝度成分を算出する主成分の色フィルタ配列補間を高精度に行なうことができる。   According to the present invention, in particular, in a pixel array in which each pixel is arranged in a square lattice so as to be equally spaced in the horizontal direction and the vertical direction, the color component that is the main component when calculating the luminance component is The main component color filter array interpolation for calculating the luminance component can be performed with high accuracy on the image signal subjected to color coding using the color filters arranged so as to surround each of the color components.

また、本発明に係る画像処理装置は、補間対象となる画素に対して相関の方向を全方向(360度)について判定できることから、その判定した方向を基に適切な補間処理を行なうことができる。   Further, the image processing apparatus according to the present invention can determine the direction of correlation in all directions (360 degrees) with respect to the pixel to be interpolated, and therefore can perform appropriate interpolation processing based on the determined direction. .

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る画像処理装置又は画像処理方法を用いた撮像装置の構成の一例を示している。   FIG. 1 shows an example of a configuration of an imaging apparatus using an image processing apparatus or an image processing method according to the present invention.

ここで言う撮像装置、撮像デバイスとしての固体撮像装置、当該固体撮像装置の撮像面(受光面)上に被写体の像光を結像させる光学系及び当該固体撮像装置の信号処理回路を含むカメラモジュール、当該カメラモジュールを搭載したデジタルスチルカメラやビデオカメラなどのカメラ装置、携帯電話などの電子機器を含むものとする。   Camera module including an imaging apparatus, a solid-state imaging apparatus as an imaging device, an optical system that forms image light of a subject on an imaging surface (light-receiving surface) of the solid-state imaging apparatus, and a signal processing circuit of the solid-state imaging apparatus In addition, a digital still camera and a video camera mounted with the camera module, and an electronic device such as a mobile phone are included.

図1において、被写体(図示せず)からの像光は、光学系、例えば撮像レンズ11によって撮像デバイス12の撮像面上に結像される。撮像デバイス12として、光電変換素子を含む画素が行列状に多数2次元配置され、輝度成分を作る上で主成分となる色成分と他の色成分を含む色フィルタが画素の表面上に配置されてなる固体撮像装置が用いられる。   In FIG. 1, image light from a subject (not shown) is imaged on an imaging surface of an imaging device 12 by an optical system, for example, an imaging lens 11. As the imaging device 12, a large number of pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and a color filter including a color component as a main component and other color components for generating a luminance component is disposed on the surface of the pixel. A solid-state imaging device is used.

色フィルタを有する固体撮像装置としては、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)に代表される電荷転送型固体撮像装置や、MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属酸化型半導体)に代表されるX−Yアドレス型固体撮像装置などのうちいずれであってもよい。   As a solid-state imaging device having a color filter, a charge transfer type solid-state imaging device typified by a CCD (Charge Coupled Device) or an XY typified by a MOS (Metal Oxide Semiconductor: metal oxide semiconductor). Any of an address type solid-state imaging device and the like may be used.

また、以下では、色フィルタにおいて、輝度(Y)成分を作る上で主成分となる色成分として例えば緑色(G)を、他の色成分として例えば赤色(R)、青色(B)をそれぞれ例に挙げて説明する。但し、本発明の要旨はこれらの色成分の組み合わせに限られるものではなく、Y成分を作る上で主成分となる色成分として、例えばホワイト、シアン、イエローなどを用い、他の色成分として、例えばマゼンタ、シアン、イエローなどを用いることも可能である。   In the following, in the color filter, for example, green (G) is used as a color component that is a main component in creating a luminance (Y) component, and red (R) and blue (B) are used as other color components. Will be described. However, the gist of the present invention is not limited to the combination of these color components. For example, white, cyan, yellow, and the like are used as the main color components in creating the Y component. For example, magenta, cyan, yellow, etc. can be used.

撮像デバイス12では、入射する像光のうち、各色成分の光のみが色フィルタを通過して各画素に入射する。画素の各々に入射した光は、フォトダイオードなどの光電変換素子によって光電変換される。そして、各画素からアナログ画像信号として読み出され、A/D変換器13でデジタル画像信号に変換された後、本発明に係る画像処理装置であるカメラ信号処理回路14に入力される。   In the imaging device 12, only the light of each color component out of the incident image light passes through the color filter and enters each pixel. Light incident on each pixel is photoelectrically converted by a photoelectric conversion element such as a photodiode. Then, it is read out from each pixel as an analog image signal, converted into a digital image signal by the A / D converter 13, and then input to a camera signal processing circuit 14 which is an image processing apparatus according to the present invention.

カメラ信号処理回路14は、光学系補正回路21、WB(ホワイトバランス)回路22、補間処理回路23、ガンマ補正回路24、Y(輝度)信号処理回路25、C(クロマ)信号処理回路26、帯域制限LPF(ローパスフィルタ)27、間引き処理回路28などで構成される。   The camera signal processing circuit 14 includes an optical system correction circuit 21, a WB (white balance) circuit 22, an interpolation processing circuit 23, a gamma correction circuit 24, a Y (luminance) signal processing circuit 25, a C (chroma) signal processing circuit 26, a band A limiting LPF (low-pass filter) 27, a thinning processing circuit 28, and the like are included.

光学系補正回路21は、カメラ信号処理回路14に入力されるデジタル画像信号に対して黒レベルを合わせるデジタルクランプ、撮像デバイス12の欠陥を補正する欠陥補正、撮像レンズ11の周辺光量落ちを補正するシェーディング補正など、撮像デバイス12や光学系の補正を行なう。   The optical system correction circuit 21 corrects a digital clamp that matches a black level to a digital image signal input to the camera signal processing circuit 14, a defect correction that corrects a defect of the imaging device 12, and a peripheral light amount drop of the imaging lens 11. The imaging device 12 and the optical system are corrected, such as shading correction.

WB回路22は、光学系補正回路21を経た画像信号に対して、ホワイトバランスを調整する処理を施して、白い被写体に対してRGBが同じになるようにする。補間処理回路23は、空間位相の異なる画素を補間によって作り出す、すなわちそれぞれ空間的に位相がずれたRGB信号から3枚のプレーン(同じ空間位置のRGB信号)を作り出す。この補間処理回路23における具体的な補間処理が本発明の特徴とするところであるが、その詳細については後述に譲る。   The WB circuit 22 performs a process of adjusting white balance on the image signal that has passed through the optical system correction circuit 21 so that the white subject has the same RGB. The interpolation processing circuit 23 creates pixels having different spatial phases by interpolation, that is, creates three planes (RGB signals at the same spatial position) from RGB signals that are spatially out of phase. Specific interpolation processing in the interpolation processing circuit 23 is a feature of the present invention, and details thereof will be described later.

ガンマ補正回路24は、同じ空間位置のRGB信号に対してガンマ補正を掛けた後、Y信号処理回路25及びC信号処理回路26に供給する。ガンマ補正は、被写体の色の階調を正しく表現するために、撮像デバイス12及び後段の映像再生手段などを含むシステム全体の光電変換特性を1とするように、WB回路22から出力されるR、G、Bの色信号に対してそれぞれ所定のゲインを掛ける処理である。   The gamma correction circuit 24 applies gamma correction to the RGB signals at the same spatial position, and then supplies them to the Y signal processing circuit 25 and the C signal processing circuit 26. The gamma correction is an R output from the WB circuit 22 so that the photoelectric conversion characteristics of the entire system including the imaging device 12 and the video playback means in the subsequent stage are set to 1 in order to correctly represent the color gradation of the subject. , G and B color signals are each multiplied by a predetermined gain.

Y信号処理回路25は上式(1)から輝度(Y)信号を作り、また、C信号処理回路26は上式(2)及び(3)から色差信号Cr(R−Y)、Cb(B−Y)を作る。   The Y signal processing circuit 25 generates a luminance (Y) signal from the above equation (1), and the C signal processing circuit 26 calculates the color difference signals Cr (R−Y) and Cb (B) from the above equations (2) and (3). -Y).

帯域制限LPF27は、カットオフ周波数がサンプリング周波数fsの1/8のフィルタであり、色差信号Cr及びCbに関して通過帯域を(1/2)fsから(1/8)fsまで落とす。これはTV信号フォーマットに合わせた出力であり、帯域制限を行なわないで出力した場合には、1/8fs以上の周波数信号が偽色信号として出力されてしまう。間引き処理回路28は、色差信号Cr、Cbのサンプリングの間引きを行なう。   The band limiting LPF 27 is a filter whose cut-off frequency is 1/8 of the sampling frequency fs, and reduces the pass band from (1/2) fs to (1/8) fs for the color difference signals Cr and Cb. This is an output in accordance with the TV signal format, and when output without band limitation, a frequency signal of 1/8 fs or more is output as a false color signal. The thinning processing circuit 28 thins out the sampling of the color difference signals Cr and Cb.

ここで、ポイントとなるのは、色(C)信号(色差信号Cr、Cb)は、輝度(Y)信号に対して1/4以下の帯域しか必要ないことである。その理由は、人間の目の特性として、輝度に関しては高い周波数まで認識することができるが、色に関しては高い周波数を認識することが困難であるという性質があるからであり(前述)、TV信号のフォーマットもそのように取り決められている。   Here, the point is that the color (C) signal (color difference signals Cr and Cb) requires only a quarter band or less of the luminance (Y) signal. The reason is that, as a characteristic of the human eye, it is possible to recognize up to a high frequency with respect to luminance, but it is difficult to recognize a high frequency with respect to color (as described above). The format is also so arranged.

実際に、Y:Cr:Cb=4:4:4(YとCの出力帯域が一緒)の場合と、Y:Cr:Cb=4:1:1の場合の差分を出力画で観察したとき、特殊な被写体、例えば赤色、青色の点光源以外の通常の被写体ではその差を識別することは難しい。すなわち、TV信号フォーマットで定められているように、C信号はY信号の1/4の帯域を持つことで十分な解像度が得られることが分かる。   Actually, when the difference between Y: Cr: Cb = 4: 4: 4 (the output bands of Y and C are the same) and Y: Cr: Cb = 4: 1: 1 is observed in the output image It is difficult to identify the difference between special subjects, for example, normal subjects other than red and blue point light sources. That is, as defined in the TV signal format, it can be seen that a sufficient resolution can be obtained when the C signal has a quarter band of the Y signal.

ここで、本発明の特徴部分である補間処理回路23での補間処理について説明する。   Here, the interpolation processing in the interpolation processing circuit 23 which is a characteristic part of the present invention will be described.

補間処理は、先述したように、色フィルタが間欠的に配列されているために画素に欠けている色成分の信号を、その周囲の画素すなわち空間位相の異なる画素の信号を用いた補間によって作り出すという色フィルタ配列補間であり、デモザイクとも呼ばれる。この補間処理は、解像度の高い画像を得るためには非常に重要な処理となる。何故ならば、補間処理によってうまく補間できない場合には、偽信号を生成して、解像度の低下や色偽の発生の原因となってしまうからである。また、輝度信号の主成分となるG成分を高い精度で補間できなければ、輝度信号の解像度低下を招来する。   As described above, the interpolation processing generates a signal of a color component lacking in a pixel because the color filters are arranged intermittently by interpolation using signals of surrounding pixels, that is, pixels having different spatial phases. Color filter array interpolation, also called demosaic. This interpolation processing is very important for obtaining an image with high resolution. This is because if interpolation cannot be performed well by interpolation processing, a false signal is generated, resulting in a decrease in resolution and occurrence of color false. Further, if the G component, which is the main component of the luminance signal, cannot be interpolated with high accuracy, the resolution of the luminance signal is reduced.

高い解像度を出すための補間処理として、従来から、相関処理を用いた補間処理が行なわれている。ここで言う「相関処理」とは、補間対象となる画素について相関が高い方向の画素の情報を用いて補間する処理のことである。   Conventionally, interpolation processing using correlation processing has been performed as interpolation processing for achieving high resolution. The “correlation process” here refers to a process of performing interpolation using pixel information in a direction in which the correlation is high for the pixel to be interpolated.

例えば、図3に示すような解像度チャートからなる入力画像を例にとって、画素の補間処理について考えてみる。解像度チャートは、中心部分が低周波の信号であり、中心からの距離が大きくなるにつれて高周波の信号となるチャートである。解像度チャートは、同じ周波数の信号でもさまざまな方向を持っており、解像度チャートの信号を信号処理回路に入力することで、さまざまな信号に対してどのような処理が適するかを分析することができる。同図において、縦軸上のA点のように横線の被写体のときは、縦方向には画像信号にうねりが観察される一方、横方向の画像信号の相関は高いことから、横方向の画素を用いて補間する。また、横軸上のC点のように縦線の被写体のときは、横方向にはうねりが観察される一方、縦方向の画像信号の相関が高いことから、縦方向の画素を用いて補間する。このように相関が高い方向の周囲画像を用いて補間処理を行なうことで、より高い解像度を実現することができる。   For example, let us consider pixel interpolation processing using an input image made up of a resolution chart as shown in FIG. 3 as an example. The resolution chart is a chart in which the central portion is a low-frequency signal and becomes a high-frequency signal as the distance from the center increases. The resolution chart has various directions even with the signal of the same frequency. By inputting the resolution chart signal to the signal processing circuit, it is possible to analyze what processing is suitable for the various signals. . In the same figure, when the subject is a horizontal line such as point A on the vertical axis, the image signal is wavy in the vertical direction, but the correlation between the horizontal image signals is high. Interpolate using. In addition, when the subject is a vertical line such as point C on the horizontal axis, undulation is observed in the horizontal direction, while the correlation between the vertical image signals is high, so interpolation is performed using vertical pixels. To do. By performing interpolation processing using surrounding images in a direction with high correlation in this way, higher resolution can be realized.

相関処理を用いた補間処理は、例えば図2に示すように、市松状にGを配列したベイヤー配列のような色コーディングにおいて、Gが存在しない空間位置の画素、例えば図中の画素Xの空間位置のG信号を作り出すときの処理に有効である。勿論、G信号だけでなく、残りのR信号並びにB信号についても通常は補間処理を行なう。本明細書では、輝度信号に関して高解像度を実現するためのG信号の補間処理に注目して説明しているが、Gと同様の補間処理をRやB、あるいはその他の色、例えばシアン、イエローに対して適用することも可能である。   For example, as shown in FIG. 2, the interpolation processing using the correlation processing is performed in a color coding such as a Bayer arrangement in which G is arranged in a checkered pattern. This is effective for processing when generating the G signal of the position. Of course, not only the G signal but also the remaining R and B signals are usually subjected to interpolation processing. In this specification, the G signal interpolation processing for realizing a high resolution with respect to the luminance signal is described. However, the interpolation processing similar to G is performed using R, B, or other colors such as cyan and yellow. It is also possible to apply to.

補間処理は、補間すべき画素の信号を空間位相の異なる周囲画素の信号を用いた補間によって作り出す処理であるから、補間処理の手順は周囲画素のレイアウトすなわち色コーディングにも依存する。まず、ベイヤー配列に対する補間処理について説明する。図2から分るように、ベイヤー配列のGは市松状に配置されており、G信号の歯抜け部分(以下、「補間画素」とも呼ぶ)に対して補間処理を行なう。   Interpolation processing is processing for generating a signal of a pixel to be interpolated by interpolation using signals of surrounding pixels having different spatial phases. Therefore, the procedure of the interpolation processing also depends on the layout of surrounding pixels, that is, color coding. First, the interpolation process for the Bayer array will be described. As can be seen from FIG. 2, G in the Bayer array is arranged in a checkered pattern, and interpolation processing is performed on a missing portion of the G signal (hereinafter also referred to as “interpolated pixel”).

空間位置(補間画素)Xを中心として、水平及び垂直方向にバンドパスフィルタによるフィルタリングをそれぞれかけることで、水平及び垂直方向から観察にどの程度の振幅を持つ画像信号が存在するか(すなわち水平及び垂直の各方向における画像信号のうねり)を算出する。バンドパスフィルタは、図4に示すように、1/4fs(但し、fsはサンプリング周波数)にピークを持ち、1/2fsの限界解像度近傍までの信号に対して値を出力するフィルタである。バンドパスフィルタの出力が大きい場合には、その方向に振幅の大きい信号が存在する。逆に、バンドパスフィルタの出力が小さい場合には、その方向で信号の変動が小さい、すなわち低周波の信号が存在するということになる。例えば、微分フィルタを始めとするハイパスフィルタを用いることができるが、DC成分を除去するような帯域制限特性を持つフィルタであれば何でもよい。 By filtering using a band pass filter in the horizontal and vertical directions around the spatial position (interpolated pixel) X, how much amplitude of an image signal is present during observation from the horizontal and vertical directions (that is, horizontal) And the waviness of the image signal in each vertical direction). As shown in FIG. 4, the band-pass filter is a filter that has a peak at ¼ fs (where fs is a sampling frequency) and outputs a value for a signal up to the vicinity of the limit resolution of ½ fs. When the output of the bandpass filter is large, a signal having a large amplitude exists in that direction. Conversely, when the output of the bandpass filter is small, the signal fluctuation is small in that direction, that is, there is a low frequency signal. For example, a high-pass filter such as a differential filter can be used, but any filter having a band limiting characteristic that removes a DC component may be used.

ここで、空間位置(補間画素)Xを中心として水平方向に配置されたバンドパスフィルタのフィルタ出力をBpf_Hとし、同様に垂直方向に配置されたバンドパスフィルタのフィルタ出力をBpf_Vとすると、これらのフィルタ出力はそれぞれ下式のように表される。   Here, assuming that the filter output of the bandpass filter arranged in the horizontal direction around the spatial position (interpolated pixel) X is Bpf_H, and the filter output of the bandpass filter arranged in the vertical direction is Bpf_V, these Each filter output is expressed as follows.

Bpf_H=−(G3+G8)+2(G4+G9)−(G5+G10)
Bpf_V=−(G1+G2)+2(G6+G7)−(G11+G12)
Bpf_H = − (G3 + G8) +2 (G4 + G9) − (G5 + G10)
Bpf_V = − (G1 + G2) +2 (G6 + G7) − (G11 + G12)

図3中の各点A〜Cにおいて、この2つのバンドパスフィルタの出力Bpf_H及びBpf_Vを観察してみる。A点においては、水平方向には画像信号の振幅はないからBpf_H=0となり、B点においては斜め45度方向に画像信号の振幅があるためにBpf_H=Bpf_Vとなり、C点においては垂直方向には画像信号の振幅はないからBpf_V=0となる。 Let us observe the outputs Bpf_H and Bpf_V of these two bandpass filters at points A to C in FIG. At point A, there is no amplitude of the image signal in the horizontal direction, so Bpf_H = 0. At point B, there is an amplitude of the image signal in the oblique 45 degree direction, so Bpf_H = Bpf_V, and at point C, the vertical direction. Since there is no amplitude of the image signal, Bpf_V = 0.

続いて、このバンドパスフィルタの出力Bpf_H及びBpf_Vを用いることで、水平及び垂直方向の各相関値S_H及びS_Vを下式から算出する。   Subsequently, by using the outputs Bpf_H and Bpf_V of the band pass filter, the correlation values S_H and S_V in the horizontal and vertical directions are calculated from the following equations.

S_H=Bpf_V/(Bpf_H+Bpf_V)
S_V=1−S_H
S_H = Bpf_V / (Bpf_H + Bpf_V)
S_V = 1−S_H

これら水平及び垂直方向相関値S_H及びS_Vは、水平及び垂直方向の隣接画素間における画像信号の相関の強さを表している。ここで言う「相関」とは信号の変動比のことである。上式に示したように、相関値S_H及びS_Vは、水平及び垂直方向にそれぞれは位置したバンドパスフィルタのフィルタ出力Bpf_H及びBpf_Vの割合で表される。信号の変動比が大きい場合には相関が低いことになり、信号の変動比が小さいときは相関が高いことになる。   These horizontal and vertical correlation values S_H and S_V represent the strength of correlation of image signals between adjacent pixels in the horizontal and vertical directions. Here, “correlation” refers to the fluctuation ratio of the signal. As shown in the above equation, the correlation values S_H and S_V are represented by the ratios of the filter outputs Bpf_H and Bpf_V of the bandpass filters positioned in the horizontal and vertical directions, respectively. The correlation is low when the signal fluctuation ratio is large, and the correlation is high when the signal fluctuation ratio is small.

図3に示した例では、A点においては、S_H=1及びS_V=0となり、水平方向には直線成分(変動がない、若しくはフラットである)とみなすことができるから、信号の変動比が小さいために水平方向に相関が高く、垂直方向には相関がないということになる。そして、相関値が大きい、すなわち相関が高い方向の画素で補間することで、補間の精度は向上する。G信号について精度のよい補間が実現されれば、Gを主成分とする輝度信号の解像度も高くなる。   In the example shown in FIG. 3, at point A, S_H = 1 and S_V = 0, and it can be regarded as a linear component (no fluctuation or flat) in the horizontal direction. Since it is small, the correlation is high in the horizontal direction, and there is no correlation in the vertical direction. The interpolation accuracy is improved by interpolating with pixels in the direction where the correlation value is large, that is, the correlation is high. If accurate interpolation is realized for the G signal, the resolution of the luminance signal having G as a main component also becomes high.

また、B点においては、S_H=S_V=0.5となり、水平・垂直方向の相関が同一、すなわち水平・垂直どちらも同じ画像の変化があることを示している。また、C点においては、S_H=0、S_V=1となり、垂直方向の相関が高いことを示している。   At point B, S_H = S_V = 0.5, indicating that the horizontal and vertical correlations are the same, that is, the same image changes in both horizontal and vertical directions. At point C, S_H = 0 and S_V = 1, indicating that the vertical correlation is high.

続いて、補間画素Xの補間値Xを、下式に従って、上下及び左右の周囲画素のG信号を用いて算出する。   Subsequently, the interpolation value X of the interpolation pixel X is calculated using the G signals of the upper and lower and left and right surrounding pixels according to the following equation.

X={(G6+G7)×S_H+(G4+G9)×S_V}/2     X = {(G6 + G7) × S_H + (G4 + G9) × S_V} / 2

上式から分かるように、補間画素Xについて、相関が高い方向に対してより大きな重みを掛けて補間処理を行なう。例えば、A点においては、X=(G6+G7)/2となり、水平方向の画素を用いて補間する。また、B点においては、X=(G6+G7+G4+G9)/4となり、水平・垂直方向の画素を用いて均等な重み付けで補間する。また、C点においては、X=(G4+G9)/2となり、垂直方向の画素を用いて補間する。   As can be seen from the above equation, interpolation processing is performed on the interpolation pixel X by applying a greater weight to the direction of high correlation. For example, at point A, X = (G6 + G7) / 2, and interpolation is performed using pixels in the horizontal direction. At point B, X = (G6 + G7 + G4 + G9) / 4, and interpolation is performed with equal weighting using horizontal and vertical pixels. At point C, X = (G4 + G9) / 2, and interpolation is performed using pixels in the vertical direction.

このように、相関処理を用いて画像信号の振幅の変化が少ない方向、すなわち相関が高い方向の画素の成分に重みをかけながら(重み付けしながら)補間することで、高い解像度を実現することができるということを十分理解されたい。   Thus, high resolution can be realized by interpolating while weighting (weighting) the component of the pixel in the direction in which the change in the amplitude of the image signal is small, that is, the direction in which the correlation is high, using correlation processing. Please understand that you can.

図5には、ベイヤー配列におけるG解像度とRB解像度のそれぞれの限界解像度を示している。同図から分るように、Gの解像度は水平・垂直方向に1/2fs、斜め45度方向には(1/2√2)fsであり、特に斜め45度方向ではGの解像度とRBの解像度が同じである。   FIG. 5 shows the limit resolutions of the G resolution and the RB resolution in the Bayer array. As can be seen from the figure, the resolution of G is 1/2 fs in the horizontal and vertical directions, and (1 / 2√2) fs in the 45-degree direction. In particular, in the 45-degree direction, the G resolution and RB The resolution is the same.

色空間変換を行なう前述の式(1)〜(3)から分るように、Gは輝度信号を作る上での主成分であって輝度解像度に大きく依存し、RBは色差信号の解像度に大きく依存する。したがって、Gの解像度を上げることが高解像度な画像を生成するポイントとなる。また、人間の目には、輝度に関しては高い周波数まで認識できるが、色に関しては高い周波数を認識することが困難であるいう性質があることから、ベイヤー配列は色解像度と輝度解像度のバランスが人間の視感度特性とマッチングしていない。   As can be seen from the above-described equations (1) to (3) for performing color space conversion, G is a main component in producing a luminance signal and greatly depends on the luminance resolution, and RB is largely dependent on the resolution of the color difference signal. Dependent. Therefore, increasing the resolution of G is a point for generating a high-resolution image. In addition, the human eye can recognize up to high frequencies in terms of brightness, but it is difficult to recognize high frequencies in terms of color, so the Bayer array has a balance between color resolution and luminance resolution. It does not match the visual sensitivity characteristics.

かかる点に鑑み、本出願人に既に譲渡されている特願2005−107037号明細書では、輝度成分を作る上で主成分となるG成分を、RB成分の各々の周囲を囲むように配置した色コーディングを提案している(前述)。この色コーディングによれば、ベイヤー配列に対してRBの画素数を1/2にする代わりにGを増やすことで、色解像度を若干犠牲にするが輝度解像度を約2倍に向上することができる。   In view of this point, in Japanese Patent Application No. 2005-107037 already assigned to the present applicant, the G component which is the main component in creating the luminance component is arranged so as to surround each of the RB components. Proposed color coding (described above). According to this color coding, by increasing G instead of halving the number of RB pixels with respect to the Bayer array, the color resolution can be slightly sacrificed, but the luminance resolution can be improved approximately twice. .

このようにRB成分をG成分で取り囲むという色コーディングは、ベイヤー配列の色コーディングよりも人間の視感度特性にマッチする、と本発明者らは思料する。また、特にY:Cr:Cb=4:1:1の出力フォーマットに準拠した信号処理系、例えばビデオカメラなどの信号処理系では、上記のような帯域の色コーディングの方が望ましいと言える。但し、Gを主成分とする輝度信号を高解像度に得るには、ベイヤー配列の色コーディングの場合よりもさらに高度な補間処理が要求される。   The present inventors think that color coding in which the RB component is surrounded by the G component in this way matches human visual sensitivity characteristics more than Bayer color coding. In particular, in a signal processing system compliant with an output format of Y: Cr: Cb = 4: 1: 1, for example, a signal processing system such as a video camera, it can be said that color coding in the above band is more desirable. However, in order to obtain a luminance signal having G as a main component at a high resolution, a more advanced interpolation process is required than in the case of Bayer color coding.

以下では、輝度成分を作る上で主成分となる例えばGを、例えばR、Bの各々の周囲を囲むように配置した色コーディングとして2つの色コーディング例を挙げ、これら2つの色コーディング例の各々に対する補間処理を実施例1及び実施例2として説明する。   In the following, two color coding examples will be given as color coding in which, for example, G, which is a main component in creating a luminance component, is arranged so as to surround each of R, B, for example. Each of these two color coding examples Interpolation processing for will be described as Example 1 and Example 2.

[実施例1]
図6には、本発明の実施例1において補間処理の対象とする色コーディング例を示している。同図に示す色コーディング例は、画素が水平方向(画素行に沿った行方向)及び垂直方向(画素列に沿った列方向)で等間隔(画素ピッチ)dとなるように正方格子状に配列されている画素配列に対して、1行目は水平方向の4画素を単位としてRGBGの繰り返しで配列され、2行目はGのみが配列され、3行目は水平方向の4画素を単位としてBGRGの繰り返しで配列され、4行目はGのみが配列され、以降、この4行を単位として繰り返して配列された構成となっている。同図から分るように、輝度(Y)成分を作る上で主成分となる色成分(本例ではG)と、他の色成分(本例ではR及びB)が、GでR及びBの各々の周囲を囲むように配置され、またR及びBが水平・垂直に対して4dの間隔で配置されることになる。
[Example 1]
FIG. 6 shows an example of color coding to be subjected to interpolation processing in the first embodiment of the present invention. In the color coding example shown in the figure, the pixels are arranged in a square lattice so that the pixels are equally spaced (pixel pitch) d in the horizontal direction (row direction along the pixel row) and the vertical direction (column direction along the pixel column). For the arranged pixel arrangement, the first row is arranged by repeating RGBG in units of 4 pixels in the horizontal direction, only the G is arranged in the second row, and the fourth row is united by 4 pixels in the horizontal direction And the fourth row is arranged with only G, and thereafter, this four rows are repeated as a unit. As can be seen from the figure, the color component (G in this example) which is the main component in creating the luminance (Y) component and the other color components (R and B in this example) are G and R and B In addition, R and B are arranged at an interval of 4d with respect to the horizontal and vertical directions.

画素間のサンプリングレートを画素ピッチに対応したdとして、サンプリングレートを水平及び垂直方向で考えた場合、R及びBの水平及び垂直方向のサンプリングレートは、Gに対して1/2のレートとなるように1列おき(本実施例1では奇数列)及び1行おき(後述する実施例2では奇数行)に配置されている。すなわち、Gのサンプリングレートはdであり、R及びBのサンプリングレートは2dであり、GとR及びBの間には水平及び垂直方向に2倍の解像度の差がある。また、サンプリングレートを斜め45度方向で考えると、Gのサンプリングレートはd/2√2であり、R及びBのサンプリングレートは2d/√2である。   When the sampling rate between pixels is d corresponding to the pixel pitch and the sampling rate is considered in the horizontal and vertical directions, the horizontal and vertical sampling rates of R and B are ½ of G. In this way, they are arranged every other column (odd column in the first embodiment) and every other row (odd row in the second embodiment described later). That is, the sampling rate of G is d, the sampling rate of R and B is 2d, and there is a difference in resolution between G and R and B in the horizontal and vertical directions twice. Further, when considering the sampling rate in a 45 ° oblique direction, the G sampling rate is d / 2√2, and the R and B sampling rates are 2d / √2.

ここで、空間周波数特性について考察してみる。水平及び垂直方向については、Gのサンプリングレートがdであるから、サンプリング定理に基づき(1/2)fsの周波数までG信号を捉えることができる。また、斜め45度方向については、Gのサンプリングレートがd/2√2であるから、サンプリング定理に基づき(1/√2)fsまでG信号を捉えることができる。   Here, let us consider the spatial frequency characteristics. Since the sampling rate of G is d in the horizontal and vertical directions, the G signal can be captured up to a frequency of (1/2) fs based on the sampling theorem. Further, since the G sampling rate is d / 2√2 in the 45 ° direction, the G signal can be captured up to (1 / √2) fs based on the sampling theorem.

同様にR及びBの空間周波数特性についても考察してみる。但し、RとBは画素配列の間隔が同じであり同様に考えることができるから、以下ではRだけについて述べる。水平及び垂直方向については、Rのサンプリングレートが2dであるから、サンプリング定理に基づき1/4fsの周波数までR信号を捉えることが可能である。また、斜め45度方向については、Rのサンプリングレートがd/2√2であるから、サンプリング定理に基づき(1/4√2)fsの周波数まで信号を捉えることができる。   Similarly, let us consider the spatial frequency characteristics of R and B. However, since R and B have the same pixel array interval and can be considered similarly, only R will be described below. Since the sampling rate of R is 2d in the horizontal and vertical directions, it is possible to capture the R signal up to a frequency of 1/4 fs based on the sampling theorem. Further, in the oblique 45 degree direction, since the sampling rate of R is d / 2√2, a signal can be captured up to a frequency of (1 / 4√2) fs based on the sampling theorem.

図7には、図6に示した色コーディング例における空間周波数特性を示している。Gは水平及び垂直方向に関して(1/2)fsの周波数まで信号を捉えることができ、斜め45度方向に関して(1/√2)fsまでの信号を捉えることができる。また、R及びBは水平及び垂直方向に関して(1/4)fsの周波数まで信号を捉えることができ、斜め45度方向に関して(1/4√2)fsの周波数までの信号を捉えることができる。すなわち、図5と図7の対比から明らかなように、図6に示した色コーディング例を用いることで、G限界解像度がベイヤー配列に対して大幅に向上するから、G信号を主成分とする輝度信号の解像度は約2倍になる。   FIG. 7 shows the spatial frequency characteristics in the color coding example shown in FIG. G can capture a signal up to a frequency of (1/2) fs in the horizontal and vertical directions, and can capture a signal up to (1 / √2) fs in a 45-degree oblique direction. R and B can capture signals up to a frequency of (1/4) fs in the horizontal and vertical directions, and can capture signals up to a frequency of (1 / 4√2) fs in a 45-degree oblique direction. . That is, as apparent from the comparison between FIG. 5 and FIG. 7, the G-limited resolution is greatly improved with respect to the Bayer arrangement by using the color coding example shown in FIG. The resolution of the luminance signal is approximately doubled.

続いて、図6に示した色コーディング例に対する補正処理について、以下で具体的に説明する。図8には、図6に示した色コーディング例のGだけを抜き出した画素配列を示している。   Next, the correction process for the color coding example shown in FIG. 6 will be specifically described below. FIG. 8 shows a pixel array in which only G in the color coding example shown in FIG. 6 is extracted.

図示の通り、補間画素Xを取り囲む水平・垂直・斜め方向の合計8個の周囲画素、すなわち画素G4、G5、G6、G8、G9、G11、G12、G13にG信号が存在しており、これらを用いて補間画素XのG信号の補間処理を行なう。ベイヤー配列の色コーディングでは、水平及び垂直4方向にしかGの画素が存在しない。これに対して、図6に示した色コーディング例では、水平、垂直、及び斜め方向に8画素が存在し、補間画素Xを観察すると、Gの画素が碁盤の目のように配置されていることが分かる。このことが高解像度を実現する上でも非常に重要である。   As shown in the figure, there are G signals in a total of eight surrounding pixels in the horizontal, vertical, and diagonal directions surrounding the interpolation pixel X, that is, the pixels G4, G5, G6, G8, G9, G11, G12, and G13. Is used to interpolate the G signal of the interpolated pixel X. In the Bayer color coding, G pixels exist only in four horizontal and vertical directions. On the other hand, in the color coding example shown in FIG. 6, there are 8 pixels in the horizontal, vertical, and diagonal directions, and when the interpolation pixel X is observed, the G pixel is arranged like a grid. I understand that. This is very important for realizing high resolution.

本実施例1では、補間処理回路23は、水平及び垂直方向だけでなく斜め方向についても補間画素Xと周囲画素との相関関係を求め、水平及び垂直方向の相関と斜め方向の相関の関係から、実際にどの周囲画素を用いて補間を行なったらよいかを判断しつつ補間処理を行なう。   In the first embodiment, the interpolation processing circuit 23 obtains the correlation between the interpolated pixel X and the surrounding pixels not only in the horizontal and vertical directions but also in the diagonal direction, and based on the correlation between the horizontal and vertical directions and the diagonal direction. Then, interpolation processing is performed while judging which surrounding pixels are actually used for interpolation.

図10には、補間処理回路23において実施される補間処理の手順をフローチャートの形式で示している。以下では、図9に示すように、水平方向をH方向、垂直方向をV方向、H方向に対して45度だけ右回転した軸方向をNH方向、H方向に対して45度だけ左回転した軸方向をNV方向と記述することとする。以下、図10を参照しながら、補間処理について詳解する。   FIG. 10 shows the procedure of the interpolation processing performed in the interpolation processing circuit 23 in the form of a flowchart. In the following, as shown in FIG. 9, the horizontal direction is H direction, the vertical direction is V direction, and the axial direction rotated right by 45 degrees with respect to the H direction is rotated left by 45 degrees with respect to the NH direction and H direction. The axial direction is described as the NV direction. Hereinafter, the interpolation process will be described in detail with reference to FIG.

図8の画素Xを補間画素(補間対象となる画素)とし(ステップS11)、先ず、この補間画素Xの各周囲画素についてHV方向の相関値を算出する(ステップS12)。具体的には、補間画素Xの左斜め上の画素G4を中心としてバンドパスフィルタによるフィルタリングをHV方向にかけることで、HV方向の相関値を算出する。図11には、このHV方向のバンドパスフィルタの周波数特性(フィルタ特性)を示している。   8 is set as an interpolation pixel (a pixel to be interpolated) (step S11). First, a correlation value in the HV direction is calculated for each surrounding pixel of the interpolation pixel X (step S12). Specifically, the correlation value in the HV direction is calculated by applying filtering by a bandpass filter around the pixel G4 on the upper left of the interpolation pixel X in the HV direction. FIG. 11 shows the frequency characteristics (filter characteristics) of the bandpass filter in the HV direction.

ここで、バンドパスフィルタの水平方向の出力をBpf_H_G4、垂直方向の出力をBpf_V_G4とすると、下式で表されるフィルタリング結果が得られる。   Here, if the horizontal output of the bandpass filter is Bpf_H_G4 and the vertical output is Bpf_V_G4, a filtering result represented by the following equation is obtained.

Bpf_H_G4=−G3+2G4−G5
Bpf_V_G4=−G1+2G4−G8
Bpf_H_G4 = -G3 + 2G4-G5
Bpf_V_G4 = -G1 + 2G4-G8

続いて、画素G4に対するH方向の相関値S_H_G4を下式に従って算出する。H方向の相関値S_H_G4はフィルタ特性が同じバンドパスフィルタの水平及び垂直方向のフィルタ出力Bpf_H及びBpf_Vの割合を表す。   Subsequently, a correlation value S_H_G4 in the H direction with respect to the pixel G4 is calculated according to the following equation. The correlation value S_H_G4 in the H direction represents the ratio of the horizontal and vertical filter outputs Bpf_H and Bpf_V of bandpass filters having the same filter characteristics.

S_H_G4=Bpf_V/(Bpf_H+Bpf_V)     S_H_G4 = Bpf_V / (Bpf_H + Bpf_V)

V方向の相関値S_V_G4は、S_V_G4=1−S_H_G4であり、H方向の相関値S_H_G4さえ算出してしまえば容易に算出できるから、特に算出する必要はない。すなわち、この時点で、画素G4を中心としたHV方向の相関値S_H_G4及びS_V_G4を算出したことになる。例えば、H方向の相関値S_H_G4が1.0でV方向相関値S_V_G4が0.0であるときには、V方向の相関値S_V_G4で画素Xを補間すると、よい補間結果が得られる。   The correlation value S_V_G4 in the V direction is S_V_G4 = 1−S_H_G4, and even if the correlation value S_H_G4 in the H direction is calculated, it is not necessary to calculate in particular. That is, at this time, the correlation values S_H_G4 and S_V_G4 in the HV direction centering on the pixel G4 are calculated. For example, when the correlation value S_H_G4 in the H direction is 1.0 and the correlation value S_V_G4 in the V direction is 0.0, a good interpolation result can be obtained by interpolating the pixel X with the correlation value S_V_G4 in the V direction.

補間画素Xの左斜め上の画素G4を中心としたH方向の相関値S_H_G4の算出と同様にして、右斜め上の画素G6、左斜め下の画素G11、右斜め下の画素G13の各々を中心としたそれぞれのH方向の相関値S_H_G6、S_H_G11、S_H_G13についても算出する。   Similarly to the calculation of the correlation value S_H_G4 in the H direction with the pixel G4 at the upper left of the interpolation pixel X as the center, the pixel G6 at the upper right, the pixel G11 at the lower left, and the pixel G13 at the lower right are calculated. The correlation values S_H_G6, S_H_G11, and S_H_G13 in the respective H directions at the center are also calculated.

ここまでの処理、すなわちステップS12での処理により、補間画素Xを取り囲む4点の画素G4、G6、G11、G13の各々を中心としたHV方向の相関値S_H_G4、S_H_G6、S_H_G11、S_H_G13がそれぞれ算出されたことになる(図26を参照のこと)。   Through the processing up to this point, that is, the processing in step S12, the correlation values S_H_G4, S_H_G6, S_H_G11, and S_H_G13 in the HV directions around the four pixels G4, G6, G11, and G13 surrounding the interpolation pixel X are calculated. (See FIG. 26).

続いて、算出された4つの相関値S_H_G4、S_H_G6、S_H_G11、S_H_G13の中から、補間画素Xに代用するに相応しい相関値を2つだけ選択する。具体的には、4つの相関値の中で最も相関の高い、すなわち算出した相関値の信頼度の高い2つを補間画素Xの相関値として選択する(ステップS13)。   Subsequently, only two correlation values suitable for substitution for the interpolation pixel X are selected from the four calculated correlation values S_H_G4, S_H_G6, S_H_G11, and S_H_G13. Specifically, of the four correlation values, the two having the highest correlation, that is, the reliability of the calculated correlation value is selected as the correlation value of the interpolation pixel X (step S13).

図26からも分るように、ステップS12で算出した各相関値相関値S_H_G4、S_H_G6、S_H_G11、S_H_G13は、それぞれ周囲4画素G4、G6、G11、G13を中心としたHV方向の相関値であって、所望の補間画素Xを中心としたHV方向の相関値S_Hではない。補間画素Xを中心としたバンドパスフィルタを組むことができないといった実装上の都合などがある場合には、補間画素Xにおける相関値を直接算出することができない。そこで、隣接画素において相関値はほぼ等しいものであるという考え方に基づいて、周囲画素で求めた信頼度の高いHV方向の相関値を以って補間画素XのHV方向の相関値S_Hに代用するというのがステップS13の趣旨である。   As can be seen from FIG. 26, each correlation value correlation value S_H_G4, S_H_G6, S_H_G11, S_H_G13 calculated in step S12 is a correlation value in the HV direction centering on the surrounding four pixels G4, G6, G11, and G13, respectively. Thus, it is not the correlation value S_H in the HV direction around the desired interpolation pixel X. When there is a mounting convenience such as a bandpass filter that cannot be formed around the interpolation pixel X, the correlation value at the interpolation pixel X cannot be directly calculated. Therefore, based on the idea that the correlation values in the adjacent pixels are substantially equal, the HV direction correlation value S_H of the interpolated pixel X is substituted by the highly reliable correlation value in the HV direction obtained from the surrounding pixels. This is the purpose of step S13.

相関値を選択するための信頼度として、4つの相関値を算出する過程で算出したバンドパスフィルタの出力値を用いて表すことができる。例えば、画素G4の相関信頼値Bpf_Maxを下式から算出する。   The reliability for selecting the correlation value can be expressed by using the output value of the bandpass filter calculated in the process of calculating the four correlation values. For example, the correlation reliability value Bpf_Max of the pixel G4 is calculated from the following equation.

Bpf_Max=|Bpf_H_G4|+|Bpf_V_G4|     Bpf_Max = | Bpf_H_G4 | + | Bpf_V_G4 |

この相関信頼値Bpf_Maxの算出を他の3点の周囲画素G6、G11、G13に対しても同様に行なう。バンドパスフィルタの出力が大きいということは、その画素周囲では大きな振幅の信号が存在し、信号がノイズではなく画像によるものであることが言える。逆に、バンドパスフィルタの出力が小さい場合には信号がノイズに埋もれていて相関の信頼性が低く、相関値を信頼することが難しい。つまり、水平及び垂直の直交する2方向のバンドパスフィルタの出力の絶対値の和からなる相関信頼値Bpf_Maxが大きい場合は、これらバンドパスフィルタの出力より算出される相関値の信頼性が高いと推定することができる。   The correlation reliability value Bpf_Max is similarly calculated for the other three surrounding pixels G6, G11, and G13. The large output of the bandpass filter means that a signal with a large amplitude exists around the pixel, and the signal is not noise but an image. Conversely, when the output of the bandpass filter is small, the signal is buried in noise and the reliability of the correlation is low, and it is difficult to trust the correlation value. That is, when the correlation reliability value Bpf_Max consisting of the sum of the absolute values of the output of the bandpass filter in two directions orthogonal to each other in the horizontal and vertical directions is large, the reliability of the correlation value calculated from the output of these bandpass filters is high. Can be estimated.

そして、4点の周囲画素で求めた各相関信頼値Bpf_Maxを大小比較して大きい方から2点の周囲画素を選択し、これら2点の周囲画素を中心として算出されたHV方向の相関値を、補間画素Xを中心としたHV方向の相関値に代用する値として選択する。図27には、S_H_G4とS_H_G13を信頼できる相関値として選択した様子を示している。   Then, the correlation confidence values Bpf_Max obtained by the four surrounding pixels are compared in size, and the two surrounding pixels are selected from the larger one, and the correlation value in the HV direction calculated with these two surrounding pixels as the center is obtained. The value is selected as a substitute for the correlation value in the HV direction centered on the interpolation pixel X. FIG. 27 shows a state where S_H_G4 and S_H_G13 are selected as reliable correlation values.

なお、相関の信頼度算出では、相関信頼値Bpf_Max、すなわちフィルタ出力の合計値ではなく、|Bpf_H−Bpf_V|の結果、すなわちフィルタ出力の差分値の大きいものを選択するようにしてもよい。これには、バンドパスフィルタのH方向の出力Bpf_HとV方向の出力Bpf_Vの差が大きい、つまり水平及び垂直方向に強い相関を持っていることが言えるので、相関の強い部分の相関値を採用するという目的がある。   In calculating the correlation reliability, the correlation reliability value Bpf_Max, that is, the total value of the filter outputs, may be selected as a result of | Bpf_H−Bpf_V |, that is, a filter output having a large difference value. This is because the difference between the output Bpf_H in the H direction of the bandpass filter and the output Bpf_V in the V direction is large, that is, it has a strong correlation in the horizontal and vertical directions. There is a purpose to do.

続いて、採用した上位2箇所の相関値を平均して1つの相関値にする(ステップS14)。平均化された相関値は、以下の処理ステップでは補間画素Xを中心とするHV方向の相関値として扱われる。例えば、G4とG6の2箇所における相関値の信頼度が高いとして選択された場合には、これら2点を中心とするHV方向の相関値が平均化され、補間画素XについてのHV方向の相関値とみなされる(図28を参照のこと)。   Subsequently, the correlation values of the adopted upper two places are averaged to obtain one correlation value (step S14). The averaged correlation value is treated as a correlation value in the HV direction centering on the interpolation pixel X in the following processing steps. For example, if the correlation values at two locations G4 and G6 are selected as having high reliability, the correlation values in the HV direction centering on these two points are averaged, and the correlation in the HV direction for the interpolation pixel X is calculated. It is regarded as a value (see FIG. 28).

このとき、相関信頼値Bpf_Maxが最大となる1点の周囲画素の相関値を選択することで、4つの相関値から1つの水平及び垂直方向の相関値を選択することも可能であるであるが、上位2箇所の相関値の平均値を採用することで、よい結果が得られている。また、4つの相関値から上位3箇所の相関値を採用してそれらの平均値をとる方法も考えられる。   At this time, it is possible to select one horizontal and vertical correlation value from the four correlation values by selecting the correlation value of one surrounding pixel that maximizes the correlation confidence value Bpf_Max. By adopting the average value of the correlation values at the top two locations, good results are obtained. In addition, a method is also conceivable in which the top three correlation values are adopted from the four correlation values and the average value thereof is taken.

なお、補間画素Xを中心としたバンドパスフィルタを組む場合には、信頼度の高い周囲画素の相関値の平均ではなく、補間画素Xにおける相関値を直接算出することができ、ステップS12〜S14における処理は簡略化される。   When a band pass filter centered on the interpolation pixel X is assembled, the correlation value at the interpolation pixel X can be directly calculated instead of the average of the correlation values of the surrounding pixels with high reliability, and steps S12 to S14. The processing in is simplified.

また、ステップS12〜S14における補間画素XのHV方向の相関値算出の処理と並行して、ステップS15〜S17における補間画素XのNH及びNV方向の相関値算出の処理が実行される。ここで言うNH方向はH方向に対して45度だけ右回転した軸方向であり、NV方向はH方向に対して45度だけ左回転した軸方向である(前述)。   In parallel with the process of calculating the correlation value in the HV direction of the interpolation pixel X in steps S12 to S14, the process of calculating the correlation value in the NH and NV directions of the interpolation pixel X in steps S15 to S17 is executed. Here, the NH direction is an axial direction rotated right by 45 degrees with respect to the H direction, and the NV direction is an axial direction rotated left by 45 degrees with respect to the H direction (described above).

先ず、補間画素Xの各周囲画素についてNH及びNV方向の相関値を算出する(ステップS15)。具体的には、補間画素Xの上の画素G5を中心としてバンドパスフィルタによるフィルタリングを斜め方向にかけることで、NH及びNV方向の相関値を算出する。図12には、NH及びNV方向のバンドパルスフィルタの周波数特性(フィルタ特性)を図12に示している。   First, a correlation value in the NH and NV directions is calculated for each surrounding pixel of the interpolation pixel X (step S15). Specifically, correlation values in the NH and NV directions are calculated by applying filtering by a bandpass filter in the oblique direction with the pixel G5 above the interpolation pixel X as the center. FIG. 12 shows frequency characteristics (filter characteristics) of band pulse filters in the NH and NV directions.

ここで、バンドパスフィルタのNH方向の出力をBpf_NH_G5、NV方向の出力をBpf_NV_G5とすると、下式で表されるフィルタリング結果が得られる。   Here, assuming that the output in the NH direction of the bandpass filter is Bpf_NH_G5 and the output in the NV direction is Bpf_NV_G5, a filtering result represented by the following expression is obtained.

Bpf_NH_G5=−G1+2G5−G9
Bpf_NV_G5=−G2+2G5−G8
Bpf_NH_G5 = −G1 + 2G5-G9
Bpf_NV_G5 = −G2 + 2G5-G8

続いて、画素G5に対するNH方向の相関値S_NH_G5を次式から算出する。NH方向の相関値S_NH_G5はフィルタ特性が同じバンドパスフィルタのNH及びNV方向のフィルタ出力Bpf_NH及びBpf_NVの割合を表す。   Subsequently, a correlation value S_NH_G5 in the NH direction for the pixel G5 is calculated from the following equation. The correlation value S_NH_G5 in the NH direction represents the ratio of the filter outputs Bpf_NH and Bpf_NV in the NH and NV directions of bandpass filters having the same filter characteristics.

S_NH_G5=Bpf_NV_G5/(Bpf_NH_G5+Bpf_NV_G5)     S_NH_G5 = Bpf_NV_G5 / (Bpf_NH_G5 + Bpf_NV_G5)

NV方向の相関値S_NV_G5は、S_NV_G5=1−S_NH_G5であり、NH方向の相関値S_NH_G5さえ算出してしまえば容易に算出できるから、ここでは特に算出する必要はない。すなわち、この時点で、画素G5を中心としたNH及びNV方向の相関値S_NH_G5及びS_NV_G5を算出したことになる。例えば、NH方向の相関値S_NH_G5が1.0でNV方向相関値S_V_G5が0.0であるときには、NV方向の相関値S_NV_G5で画素Xを補間すると、よい補間結果が得られる。 The correlation value S_NV_G5 in the NV direction is S_NV_G5 = 1−S_NH_G5, and even if the correlation value S_NH_G5 in the NH direction is easily calculated, it is not particularly necessary to calculate here. That is, at this time, the correlation values S_NH_G5 and S_NV_G5 in the NH and NV directions with the pixel G5 as the center are calculated. For example, when the NV direction correlation value S_ N V_G5 by the correlation value S_NH_G5 in the NH direction is 1.0 is 0.0, when interpolating the pixel X with the correlation value S_NV_G5 the NV direction, a good interpolation result.

補間画素Xの上の画素G5を中心としたNH方向の相関値S_NH_G5の算出の場合と同様にして、左の画素G8、右の画素G9、下の画素G12の各々を中心としたそれぞれのNH方向の相関値S_NH_G8、S_NH_G9、S_NH_G12についても同様にして算出する。   Similarly to the calculation of the correlation value S_NH_G5 in the NH direction centering on the pixel G5 above the interpolation pixel X, each NH centering on each of the left pixel G8, the right pixel G9, and the lower pixel G12. The direction correlation values S_NH_G8, S_NH_G9, and S_NH_G12 are similarly calculated.

ここまでの処理、すなわちステップS15の処理により、補間画素Xの上、左、右、下に位置する4点の画素G5、G8、G9、G12の各々を中心としたNH方向の相関値S_NH_G5、S_NH_G8、S_NH_G9、S_NH_G12がそれぞれ算出されたことになる(図29を参照のこと)。   Through the processing up to this point, that is, the processing in step S15, the correlation value S_NH_G5 in the NH direction around each of the four pixels G5, G8, G9, and G12 located above, left, right, and bottom of the interpolation pixel X, S_NH_G8, S_NH_G9, and S_NH_G12 are respectively calculated (see FIG. 29).

続いて、算出された4つの相関値S_NH_G5、S_NH_G8、S_NH_G9、S_NH_G12の中から、補間画素Xに代用する相関値を2つだけ選択する。具体的には、4つの相関値の中で信頼度の高い方から2つを補間画素Xの相関値として採用する(ステップS16)。   Subsequently, only two correlation values that substitute for the interpolation pixel X are selected from the four calculated correlation values S_NH_G5, S_NH_G8, S_NH_G9, and S_NH_G12. Specifically, two of the four correlation values having the highest reliability are employed as the correlation value of the interpolation pixel X (step S16).

図29からも分るように、ステップS15で算出した各相関値相関値S_NH_G5、S_H_G8、S_H_G9、S_H_G12は、それぞれ周囲4画素G5、G8、G9、G12を中心としたHV方向の相関値であって、所望の補間画素Xを中心とした相関値ではない。補間画素Xを中心としたバンドパスフィルタを組むことができないといった実装上の都合などがある場合には、補間画素Xにおける相関値を直接算出することができない。そこで、隣接画素において相関値はほぼ等しいものであるという考え方に基づいて、周囲画素で求めた信頼度の高いNH方向の相関値を以って補間画素XのNH方向の相関値に代用するというのがステップS16の趣旨である。 As can be seen from FIG. 29, each of the correlation values correlation values S_NH_G5 calculated in step S15, S_ N H_G8, S_ N H_G9, S_ N H_G12 is, HV centered around four pixels G5, G8, G9, G12, respectively The correlation value of the direction, not the correlation value centered on the desired interpolation pixel X. When there is a mounting convenience such as a bandpass filter that cannot be formed around the interpolation pixel X, the correlation value at the interpolation pixel X cannot be directly calculated. Therefore, based on the idea that the correlation values in adjacent pixels are substantially equal, the correlation value in the NH direction of the interpolated pixel X is substituted with the highly reliable correlation value in the NH direction obtained from the surrounding pixels. This is the purpose of step S16.

相関値を選択するための信頼度を、4つの相関値を算出する過程で算出したバンドパスフィルタの出力値を用いて表す。例えば、画素G5の相関信頼値Bpf_Maxを下式から算出する。また、他の3点の周囲画素G8、G9、G12に対しても同様に相関信頼値Bpf_Maxの算出を行なう。NH及びNVの直交する2方向のバンドパスフィルタの出力の絶対値の和からなる相関信頼値Bpf_Maxが大きい場合は、これらバンドパスフィルタの出力より算出される相関値の信頼性が高いと推定することができる(同上)。   The reliability for selecting the correlation value is expressed by using the output value of the band pass filter calculated in the process of calculating the four correlation values. For example, the correlation reliability value Bpf_Max of the pixel G5 is calculated from the following equation. Similarly, the correlation reliability value Bpf_Max is calculated for the other three surrounding pixels G8, G9, and G12. When the correlation confidence value Bpf_Max consisting of the sum of the absolute values of the output of the bandpass filters in the two directions orthogonal to each other of NH and NV is large, it is estimated that the reliability of the correlation value calculated from the outputs of these bandpass filters is high. (Same as above)

Bpf_Max=|Bpf_NH_G5|+|Bpf_NV_G5|     Bpf_Max = | Bpf_NH_G5 | + | Bpf_NV_G5 |

続いて、採用した上位2箇所の相関値を平均して1つの相関値にする(ステップS17)。図30には、S_NH_G5とS_NH_G9を信頼できる相関値として選択した様子を示している。   Subsequently, the adopted correlation values at the top two places are averaged to obtain one correlation value (step S17). FIG. 30 shows a state where S_NH_G5 and S_NH_G9 are selected as reliable correlation values.

平均化された相関値は、以下の処理ステップでは補間画素Xを中心とするNH及びNV方向の相関値として扱われる。例えば、G5とG9の2箇所における相関値の信頼度が高いとして選択された場合には、これら2点を中心とするHV方向の相関値が平均化され、補間画素Xを中心とするNH及びNV方向の相関値とみなされる(図31を参照のこと)。   The averaged correlation value is treated as a correlation value in the NH and NV directions centering on the interpolation pixel X in the following processing steps. For example, if the correlation values at two locations G5 and G9 are selected as having high reliability, the correlation values in the HV direction centering on these two points are averaged, and NH and It is regarded as a correlation value in the NV direction (see FIG. 31).

なお、補間画素Xを中心としたバンドパスフィルタを組む場合には、信頼度の高い周囲画素の相関値の平均ではなく、補間画素Xにおける相関値を直接算出することができ、ステップS15〜S17における処理は簡略化される(同上)。   When a band pass filter centered on the interpolation pixel X is assembled, the correlation value at the interpolation pixel X can be directly calculated instead of the average of the correlation values of surrounding pixels with high reliability, and steps S15 to S17. Is simplified (same as above).

ここまでの処理により、補間画素XについてのH方向の相関値S_H、及びNH方向の相関値S_NHが求まったことになる(図28及び図31を参照のこと)。   Through the processing so far, the correlation value S_H in the H direction and the correlation value S_NH in the NH direction for the interpolation pixel X are obtained (see FIGS. 28 and 31).

続いて、補間画素XについてのH方向及びNH方向の各相関値S_H及びS_NHに基づいて、補間画素Xがどの方向の周囲画素との相関が強いか、すなわち相関の方向性を求める(ステップS18)。   Subsequently, based on the correlation values S_H and S_NH in the H direction and NH direction for the interpolation pixel X, which direction the surrounding pixel of the interpolation pixel X has a strong correlation, that is, the directionality of the correlation is obtained (step S18). ).

ここで、図13に示す解像度チャートからなる入力画像を例にとって、補間画素XについてH方向及びNH方向それぞれにおいて算出された相関値S_H及びS_NHと、補間画素Xとこれを取り囲む周囲画素の相関の度合いについて考察してみる。解像度チャートは、中心部分が低周波の信号であり、中心からの距離が大きくなるにつれて高周波の信号となるチャートである。解像度チャートは、同じ周波数の信号でもさまざまな方向を持っており、解像度チャートの信号を信号処理回路に入力することで、さまざまな信号に対してどのような処理が適するかを分析することができる。   Here, taking the input image composed of the resolution chart shown in FIG. 13 as an example, the correlation values S_H and S_NH calculated for the interpolation pixel X in the H direction and the NH direction, respectively, and the correlation between the interpolation pixel X and surrounding pixels surrounding it. Consider the degree. The resolution chart is a chart in which the central portion is a low-frequency signal and becomes a high-frequency signal as the distance from the center increases. The resolution chart has various directions even with the signal of the same frequency. By inputting the resolution chart signal to the signal processing circuit, it is possible to analyze what processing is suitable for the various signals. .

例えば、図13の(a)点〜(e)点の信号が補間画素Xとして入力され、上述したステップS12〜S17の処理を実行すると、2つの相関値S_H及びS_NHは、(a)点では、S_H=1.0(S_V=0.0)、S_NH=0.5(S_NV=0.5)となる。これから、補間画素Xは、HV方向ではH方向の周囲画素との強い相関があることが分かる。また、NH及びNV方向ではNH方向とNV方向で同じ相関、つまり補間画素Xは斜め方向では周囲画素との相関がないことが分かる。   For example, when the signals at points (a) to (e) in FIG. 13 are input as the interpolated pixel X and the above-described steps S12 to S17 are executed, the two correlation values S_H and S_NH are obtained at the point (a). S_H = 1.0 (S_V = 0.0), S_NH = 0.5 (S_NV = 0.5). From this, it is understood that the interpolation pixel X has a strong correlation with surrounding pixels in the H direction in the HV direction. It can also be seen that the NH and NV directions have the same correlation in the NH direction and the NV direction, that is, the interpolated pixel X has no correlation with surrounding pixels in the oblique direction.

また、(b)点では、S_H=0.5(S_V=0.5)、S_NH=1.0(S_NV=0.0)となる。すなわち、補間画素Xは、HV方向では周囲画素との相関がないが、NH及びNV方向ではNH方向の周囲画素との強い相関があることが分かる。   At point (b), S_H = 0.5 (S_V = 0.5) and S_NH = 1.0 (S_NV = 0.0). That is, the interpolation pixel X has no correlation with surrounding pixels in the HV direction, but has a strong correlation with surrounding pixels in the NH direction in the NH and NV directions.

また、(c)点では、S_H=0.0(S_V=1.0)、S_NH=0.5(S_NV=0.5)となる。すなわち、補間画素Xは、HV方向ではV方向の周囲画外強い相関がある。また、NH及びNV方向では補間画素Xは周囲画素との相関がないことが分かる。   At point (c), S_H = 0.0 (S_V = 1.0) and S_NH = 0.5 (S_NV = 0.5). That is, the interpolation pixel X has a strong correlation outside the surrounding image in the V direction in the HV direction. It can also be seen that the interpolation pixel X has no correlation with surrounding pixels in the NH and NV directions.

また、(d)点では、S_H=0.5(S_V=0.5)、S_NH=0.0(S_NV=1.0)となる。すなわち、補間画素Xは、HV方向では周囲画素との相関がないが、NH及びNV方向ではNV方向の周囲画素と強い相関があることが分かる。   At point (d), S_H = 0.5 (S_V = 0.5) and S_NH = 0.0 (S_NV = 1.0). That is, the interpolation pixel X has no correlation with surrounding pixels in the HV direction, but has a strong correlation with surrounding pixels in the NV direction in the NH and NV directions.

また、(e)点では、S_H=1.0(S_V=0.0)、S_NH=0.5(S_NV=0.5)となる。すなわち、(a)点と同じく、補間画素Xは、HV方向ではH方向の周囲画素と強い相関があるが、NH及びNV方向では周囲画素との相関がないことが分かる。   At point (e), S_H = 1.0 (S_V = 0.0) and S_NH = 0.5 (S_NV = 0.5). That is, as with point (a), the interpolation pixel X has a strong correlation with surrounding pixels in the H direction in the HV direction, but has no correlation with surrounding pixels in the NH and NV directions.

また、図14には、図13に示した解像度チャートを入力画像とした場合の補間画素の空間位相とH及びV方向、並びにNH及びNV方向の周囲画素との相関値の関係を表した周波数チャートを示している。以下では、補間画素とHV方向、並びにNH及びNV方向の周囲画素との相関値の関係を表す同図中の直線のことを「相関線」とも呼ぶ。この相関線は、相関値を異なった方向に対して最低2パターンだけ算出し、当該最低2パターンの相関値をさまざまな角度の直線に対してプロットして得ることができる。図14の相関線図において、1点鎖線(A)がHV方向の相関値S_Hに、2点鎖線(B)がNH及びNV方向の相関値S_NHに、それぞれ相当している。相関線(A)と(B)とは45度だけ位相がずれている。   Further, FIG. 14 shows a frequency representing the relationship between the spatial phase of the interpolation pixel and the correlation values of the surrounding pixels in the H and V directions and the NH and NV directions when the resolution chart shown in FIG. 13 is used as an input image. A chart is shown. In the following, the straight line in the figure showing the relationship of the correlation value between the interpolation pixel and the surrounding pixels in the HV direction and the NH and NV directions is also referred to as “correlation line”. This correlation line can be obtained by calculating at least two patterns of correlation values in different directions and plotting the correlation values of the two minimum patterns against straight lines of various angles. In the correlation diagram of FIG. 14, the one-dot chain line (A) corresponds to the correlation value S_H in the HV direction, and the two-dot chain line (B) corresponds to the correlation value S_NH in the NH and NV directions. The correlation lines (A) and (B) are out of phase by 45 degrees.

HV方向の相関値S_Hのみを用いた場合、S_Hが0又は1に近いときには補間画素XがH方向又はV方向に相関が強いことを特定することができるが、S_Hが0.5付近の値をとるときには、補間画素Xが解像度チャート上で(a)点と(c)点に存在する可能性があり、相関線(A)を参照しただけでは補間画素Xが強い相関を持つ方向性を特定することはできない。これに対し、H方向に対して45度だけ右回転したNH方向、及びH方向に対して45度だけ左回転したNV方向という、水平及び垂直軸に対し45度だけ回転させた直交する2つのバンドパスフィルタの出力から算出される相関値S_NHをプロットした相関線(B)を参照することで、S_Hが0.5付近の値をとるときであっても、補間画素Xが斜めのいずれの方向に強い相関を持つかを高い分解能で特定することができる。すなわち、S_HとS_NHの相関線を比較することによって、補間画素Xが周辺画素と強い相関を持つ方向を全方向(360度)に渡って判定することが可能である。なお、本実施形態では、一例として、所定の角度として45度だけ回転させた直交する2つのバンドパスフィルタを用いたが、40度〜50度など、HV方向とNH/NV方向が形成する角度が別の角度であっても、上記と同程度の効果を奏するものであれば構わない。   When only the correlation value S_H in the HV direction is used, when S_H is close to 0 or 1, it can be specified that the interpolated pixel X has a strong correlation in the H direction or the V direction, but S_H is a value around 0.5. When the interpolation pixel X is taken, there is a possibility that the interpolation pixel X exists at the points (a) and (c) on the resolution chart, and the direction in which the interpolation pixel X has a strong correlation can be obtained only by referring to the correlation line (A). It cannot be specified. On the other hand, two orthogonal directions rotated by 45 degrees with respect to the horizontal and vertical axes, the NH direction rotated right by 45 degrees with respect to the H direction, and the NV direction rotated left by 45 degrees with respect to the H direction. By referring to the correlation line (B) in which the correlation value S_NH calculated from the output of the bandpass filter is plotted, even when S_H takes a value in the vicinity of 0.5, any of the interpolation pixels X is diagonal. Whether the direction has a strong correlation can be identified with high resolution. That is, by comparing the correlation lines of S_H and S_NH, it is possible to determine the direction in which the interpolation pixel X has a strong correlation with the surrounding pixels in all directions (360 degrees). In this embodiment, as an example, two orthogonal bandpass filters rotated by 45 degrees as a predetermined angle are used. However, an angle formed by the HV direction and the NH / NV direction such as 40 degrees to 50 degrees. Even if the angle is different, any effect can be used as long as it has the same effect as described above.

図13に示した解像度チャートを入力画像とした場合、ステップS18では、図14に示した周波数チャート上の補間画素Xが位置する空間位相において、1点鎖線(A)と2点鎖線(B)で示された相関値を比較することによって、補間画素がHV方向、並びにNH及びNV方向の周囲画素とそれぞれどの程度の相関を持つか、すなわち相関の強い方向性を求めることができる。   When the resolution chart shown in FIG. 13 is used as an input image, in step S18, a one-dot chain line (A) and a two-dot chain line (B) in the spatial phase where the interpolation pixel X is located on the frequency chart shown in FIG. By comparing the correlation values indicated by (1), it is possible to obtain the degree of correlation between the interpolation pixel and the surrounding pixels in the HV direction and the NH and NV directions, that is, the directionality with a strong correlation.

ステップS18において補間画素Xが持つ相関の方向性が判ると、続いて、ステップS12〜S14及びステップS15〜S17において求められた相関値S_H及びS_NHの信頼度があるか否かを判断する(ステップS19)。   When the correlation direction of the interpolated pixel X is determined in step S18, it is subsequently determined whether or not the correlation values S_H and S_NH obtained in steps S12 to S14 and steps S15 to S17 are reliable (step S18). S19).

既に述べたように、ステップS12〜S14、及びステップS15〜S17では、補間画素Xを中心とした各方向の相関値を直接算出しておらず、補間画素Xを取り囲む各周囲画素を中心として算出されたH方向及びNH方向の相関値のうち信頼度の高いものを平均化して、補間画素Xの相関値として代用している。このような場合は、とりわけ相関の信頼度チェックは重要になる。   As described above, in steps S12 to S14 and steps S15 to S17, the correlation value in each direction around the interpolation pixel X is not directly calculated, but is calculated around each surrounding pixel surrounding the interpolation pixel X. Of the correlation values in the H direction and the NH direction, those having high reliability are averaged and used as the correlation value of the interpolation pixel X. In such cases, the correlation reliability check is particularly important.

ここで、相関の信頼度をチェックする具体的な方法について説明しておく。図13に示した解像度チャートを入力画像とした場合の周波数チャート、すなわち補間画素とHV方向、並びにNH及びNV方向の周囲画素との相関値の関係は、図14に示した通りである。2組の直交するバンドパスフィルタを水平垂直方向、並びに水平垂直方向に対し45度だけ回転させた方向にそれぞれ配置して、各組のバンドパスフィルタの出力からH方向の相関値S_HとNH方向の相関値S_NHを算出することができる。S_H及びS_NHそれぞれの相関線(A)と(B)は45度だけ位相がずれている。   Here, a specific method for checking the reliability of correlation will be described. The frequency chart when the resolution chart shown in FIG. 13 is used as an input image, that is, the relationship between the correlation values of the interpolation pixels and the surrounding pixels in the HV direction and the NH and NV directions is as shown in FIG. Two orthogonal band pass filters are arranged in the horizontal and vertical directions and in a direction rotated by 45 degrees with respect to the horizontal and vertical directions, respectively, and the correlation value S_H in the H direction and the NH direction from the output of each set of band pass filters The correlation value S_NH can be calculated. The correlation lines (A) and (B) of S_H and S_NH are out of phase by 45 degrees.

また、図32には、S_H(図14中の相関線(A))から0.5を引き算した絶対値からなる相関線と、S_NH(図14中の相関線(B))から0.5を引き算した絶対値からなる相関線をそれぞれプロットしている。同図から分るように、相関値S_H及びS_NHが図14に示した相関線上に乗る理想的なもの、すなわち信頼度の高いものであれば、S_Hから0.5を引き算した絶対値とS_NHから0.5を引き算した絶対値の和は0.5に近い値となる。そこで、ステップS12〜S14及びステップS15〜S17において求められた相関値S_H及びS_NHを以下の不等式からなる条件式に代入し、条件を満たすかどうかによって、相関値S_H及びS_NHの信頼度を判定することができる。但し、TH1及びTH2は、TH1<TH2の関係を満たす0.5に近い値である(TH1及びTH2を0.5に近づけると、判定条件がより厳しくなる)。   Also, FIG. 32 shows a correlation line composed of an absolute value obtained by subtracting 0.5 from S_H (correlation line (A) in FIG. 14) and 0.5 from S_NH (correlation line (B) in FIG. 14). Each correlation line consisting of absolute values obtained by subtracting is plotted. As can be seen from the figure, if the correlation values S_H and S_NH are ideal ones on the correlation line shown in FIG. 14, that is, have high reliability, the absolute value obtained by subtracting 0.5 from S_H and S_NH The sum of absolute values obtained by subtracting 0.5 is a value close to 0.5. Therefore, the correlation values S_H and S_NH obtained in steps S12 to S14 and steps S15 to S17 are substituted into a conditional expression consisting of the following inequalities, and the reliability of the correlation values S_H and S_NH is determined depending on whether the condition is satisfied. be able to. However, TH1 and TH2 are values close to 0.5 that satisfy the relationship TH1 <TH2 (when TH1 and TH2 are close to 0.5, the determination condition becomes more severe).

TH1<|S_H−0.5|+|S_NH−0.5|<TH2     TH1 <| S_H-0.5 | + | S_NH-0.5 | <TH2

ステップS19において相関の信頼度があると判定された場合には、補間画素Xを補間する画素を、ステップS18において相関が強いと判断された方向の周囲画素から取り出して、画素補間を行なう(ステップS20)。   If it is determined in step S19 that the correlation is reliable, the pixel that interpolates the interpolated pixel X is extracted from the surrounding pixels in the direction determined to have a strong correlation in step S18, and pixel interpolation is performed (step S19). S20).

図15には、補間画素Xが持つ相関の方向性と補間に用いる周囲画素の関係を示している。例えば、ステップS18において補間画素Xが持つ相関の方向性が(a)点(すなわち、周波数チャート上の90度)にあると判断された場合には、H方向の相関が強いので、補間画素XのG信号をX=(G8+G9)/2で補間する。また、補間画素Xの相関の方向性が(b)点(すなわち、周波数チャート上の45度)となる場合には、NH方向の相関が強いので、補間画素XのG信号をX=(G4+G13)/2で補間する。補間画素Xの相関の方向性が(c)点、(d)点、(e)点とる場合も同様である。   FIG. 15 shows the relationship between the correlation direction of the interpolation pixel X and the surrounding pixels used for interpolation. For example, if it is determined in step S18 that the correlation direction of the interpolation pixel X is at point (a) (that is, 90 degrees on the frequency chart), the correlation in the H direction is strong, so the interpolation pixel X Are interpolated by X = (G8 + G9) / 2. Further, when the directionality of the correlation of the interpolation pixel X is the point (b) (that is, 45 degrees on the frequency chart), since the correlation in the NH direction is strong, the G signal of the interpolation pixel X is expressed as X = (G4 + G13). ) / 2. The same applies when the direction of the correlation of the interpolation pixel X takes the points (c), (d), and (e).

また、補間画素Xの相関の方向性が(c)点と(b)点の間の相関値が算出される(f)点となる場合には、S_H≒0.25で且つS_NH≒0.75を示すことから、その方向の画素を用いてX=(G1+G16)/2で補間する。   When the correlation direction of the interpolation pixel X is the point (f) where the correlation value between the points (c) and (b) is calculated, S_H≈0.25 and S_NH≈0. Since 75 is indicated, interpolation is performed using X = (G1 + G16) / 2 using pixels in that direction.

また、補間画素Xの相関の方向性が(b)点と(f)点の中間などのように、補間画素Xの相関の方向性を示す直線上にちょうど乗る周囲画素がない場合には、(b)点の補間値と(f)点の補間値に重みを付けて補間するといった、相関値と補間値の関係に基づく線形補間を行なう。例えば、図15中のP点に相当する方向にちょうど乗る周囲画素はないが、その方向に隣接する方向性において適用される2つの補間値(G6+G11)/2及び(G7+G10)/2で線形補間する以下の式により、補間画素Xの相関値を算出することができる。但し、aは重み付け係数をaである。   Further, when there is no surrounding pixel that just rides on the straight line indicating the correlation direction of the interpolation pixel X, such as when the correlation direction of the interpolation pixel X is intermediate between the points (b) and (f), (B) Linear interpolation based on the relationship between the correlation value and the interpolation value, such as interpolation is performed by weighting the interpolation value at the point and the interpolation value at the point (f). For example, there is no surrounding pixel that just rides in the direction corresponding to point P in FIG. 15, but linear interpolation with two interpolation values (G6 + G11) / 2 and (G7 + G10) / 2 applied in the directionality adjacent to that direction. The correlation value of the interpolation pixel X can be calculated by the following equation. However, a is a weighting coefficient.

X={(G6+G11)/2}×a+{(G7+G10)/2}×(1−a)     X = {(G6 + G11) / 2} × a + {(G7 + G10) / 2} × (1-a)

このように、本実施例1では、補間画素Xの相関の方向性を、従来のようにHV方向の相関値S_Hのみから求めるのではなく、水平及び垂直軸に対し45度だけ回転させた直交する2つのバンドパスフィルタの出力から算出される相関値S_NHも用いるようにした。HV方向の相関値S_Hがちょうど0.5になると、S_Hだけでは相関の方向性を特定できなくなる。これに対し、NH及びNV方向の相関値S_NHの相関線はS_Hに対して45度だけ位相がずれていることから(図14を参照のこと)、さらにS_NHを参照することで、補間画素Xが斜めのいずれの方向に強い相関を持つかを高い分解能で特定することが可能である。したがって、図6に示した色フィルタを用いて色コーディングを行なうと、従来のベイヤー配列に比べてより高い精度でG信号を補間することができ、この結果、高い解像度の輝度信号をえることができる。   As described above, in the first embodiment, the directionality of the correlation of the interpolation pixel X is not obtained only from the correlation value S_H in the HV direction as in the prior art, but is orthogonally rotated by 45 degrees with respect to the horizontal and vertical axes. The correlation value S_NH calculated from the outputs of the two bandpass filters is also used. When the correlation value S_H in the HV direction is exactly 0.5, it becomes impossible to specify the directionality of the correlation only with S_H. On the other hand, since the correlation line of the correlation value S_NH in the NH and NV directions is out of phase by 45 degrees with respect to S_H (see FIG. 14), by further referring to S_NH, the interpolation pixel X It is possible to specify with high resolution which direction has a strong correlation. Therefore, when color coding is performed using the color filter shown in FIG. 6, the G signal can be interpolated with higher accuracy than the conventional Bayer arrangement, and as a result, a high-resolution luminance signal can be obtained. it can.

一方、ステップS12〜S14及びステップS15〜S17において求められた相関値S_H及びS_NHに関して、十分な信頼度が得られなかった場合には(ステップS19のNo)、周囲画素の平均値を用いてS/N重視の画素補間を行なう(ステップS21)。   On the other hand, when sufficient reliability is not obtained with respect to the correlation values S_H and S_NH obtained in steps S12 to S14 and steps S15 to S17 (No in step S19), the average value of the surrounding pixels is used for S. / N-oriented pixel interpolation is performed (step S21).

2つの相関値S_H及びS_NHが図14に示した2つの相関線(A)及び(B)に乗らない場合は、相関がないとみなすことができる。例えば、S_H=1.0、S_NH≒0.5のときは相関があると言えるが、S_H=1.0、S_NH≒1.0のときには図14中のいずれの相関線(A)及び(B)の乗らないために、相関の信頼度が低いと言える。後者の場合、いかなる方向の画素を用いて補間しても正しく補間できる確立は低く、逆に間違った補間により偽色信号を生成する可能性が高い。   If the two correlation values S_H and S_NH do not ride on the two correlation lines (A) and (B) shown in FIG. 14, it can be considered that there is no correlation. For example, when S_H = 1.0 and S_NH≈0.5, it can be said that there is a correlation. When S_H = 1.0 and S_NH≈1.0, any correlation line (A) and (B ), The reliability of the correlation is low. In the latter case, there is a low probability that correct interpolation is possible even if interpolation is performed using pixels in any direction, and there is a high possibility that a false color signal is generated by wrong interpolation.

このように、ステップS12〜S17において算出された相関値S_H及びS_NHが図14に示した2つの相関線(A)及び(B)に乗らず、相関値の信頼度が低いことが判明した場合には、補間画素Xが持つ相関の方向性に基づいて特定された周囲画素を用いて解像度重視の補間を行なうのではなく、S/N重視の補間処理を適用する。例えば、周囲4画素を用いてX=(G5+G8+G9+G12)/4により補間画素XのG信号を補間することで、撮像装置の性能を上げることができる。   As described above, when the correlation values S_H and S_NH calculated in steps S12 to S17 do not ride on the two correlation lines (A) and (B) shown in FIG. 14, it is found that the reliability of the correlation value is low. In this case, the S / N-oriented interpolation processing is applied instead of performing resolution-oriented interpolation using surrounding pixels specified based on the directionality of correlation of the interpolation pixel X. For example, by interpolating the G signal of the interpolation pixel X using X = (G5 + G8 + G9 + G12) / 4 using four surrounding pixels, the performance of the imaging apparatus can be improved.

先述したベイヤー配列の補間では、HV方向に配置した1組の直交するバンドパスフィルタの出力を基にHV方向の相関S_Hしか求めることができない。このため、相関の信頼度というものを評価することができず、例えばNH及びNV方向に対しても、HV方向の場合と同様の補間を行なうより他ない。   In the Bayer array interpolation described above, only the correlation S_H in the HV direction can be obtained based on the outputs of a pair of orthogonal bandpass filters arranged in the HV direction. For this reason, the reliability of correlation cannot be evaluated. For example, the same interpolation as in the HV direction is performed for the NH and NV directions.

これに対して、本実施例1では、RB成分をG成分で取り囲むという色コーディング(図6を参照のこと)を行なうので、HV方向に対し45度だけ回転したNH及びNV方向に配置した1組の直交するバンドパスフィルタの出力を基にNH方向の相関をさらに算出することができる。したがって、補間画素Xが周辺画素と強い相関を持つ方向を全方向(360度)に渡って判定することが可能であり、その補間処理では斜め方向の補間に対応することができる。   On the other hand, in the first embodiment, color coding (see FIG. 6) is performed so that the RB component is surrounded by the G component (see FIG. 6). Therefore, the arrangement is performed in the NH and NV directions rotated by 45 degrees with respect to the HV direction. The correlation in the NH direction can be further calculated based on the outputs of the pair of orthogonal bandpass filters. Therefore, the direction in which the interpolation pixel X has a strong correlation with the surrounding pixels can be determined in all directions (360 degrees), and the interpolation processing can cope with the diagonal interpolation.

また、図5と図7にそれぞれ示した画像信号の限界解像度の対比から明らかなように、本実施例1における色コーディングによれば、Gの解像度に関して、斜め45度方向においては、ベイヤー配列に比べて2倍の解像度を得ることができる。   Further, as apparent from the comparison of the limit resolutions of the image signals shown in FIGS. 5 and 7, according to the color coding in the first embodiment, the Bayer arrangement is used in the oblique 45 degree direction with respect to the resolution of G. In comparison, double the resolution can be obtained.

また、ステップS19にて相関の信頼度を評価し、相関が信頼できるときは相関の方向から解像度重視の補間を行なうが、相関が信頼できないときはS/N重視の補間を行なうというように、信頼度に応じて適応的に処理方法を切り換えるので、高精度な補間処理を実現することができる。   Further, the reliability of the correlation is evaluated in step S19. When the correlation is reliable, interpolation with emphasis on resolution is performed from the direction of the correlation. When correlation is unreliable, interpolation with emphasis on S / N is performed. Since the processing method is adaptively switched according to the reliability, high-precision interpolation processing can be realized.

例えば、図13に示すような人工的な解像度チャートにおいては、基本的に全領域において相関の信頼度は高く出力される。これに対し、一般画におけるジャリ道や、木の茂みといった複雑な曲線が入り組んだ被写体において、相関の信頼度が低くなる事態が起こり得る。この場合は、適応的にS/Nを重視した補間処理に切り換えるようにすればよい。   For example, an artificial resolution chart as shown in FIG. 13 basically outputs a high correlation reliability in the entire region. On the other hand, in a subject in which a complicated curve such as a jari road in a general image or a bush of a tree is complicated, a situation in which the reliability of correlation is low may occur. In this case, it is only necessary to adaptively switch to interpolation processing that places importance on S / N.

本実施例1に係る一連の補間処理を実行する専用のハードウェア装置を設計製作することもできるが、例えばコンピュータ上で所定のコンピュータ・プログラムを実行するというソフトウェア処理によって同様の補間処理を実現することも可能である。   A dedicated hardware device that executes a series of interpolation processes according to the first embodiment can be designed and manufactured. For example, the same interpolation process is realized by a software process of executing a predetermined computer program on a computer. It is also possible.

図16には、本実施例1に係る補間処理を実行するハードウェアの構成の補間処理回路23Aの構成例を示している。   FIG. 16 shows a configuration example of an interpolation processing circuit 23A having a hardware configuration for executing the interpolation processing according to the first embodiment.

G4HV方向相関値算出回路31は、補間画素Xの左斜め上の画素G4を中心としてHV方向に対してフィルタリング処理を行なうことによってHV方向の相関値を算出する。例えば、図11に示した周波数特性を持つバンドパスフィルタによってG4HV方向相関値算出回路31を構成することができる。具体的には、G4HV方向相関値算出回路31は、画素G4に対するH方向の相関値S_H_G4を、以下の演算式から算出する。   The G4HV direction correlation value calculation circuit 31 calculates a correlation value in the HV direction by performing a filtering process on the HV direction centering on the pixel G4 on the upper left of the interpolation pixel X. For example, the G4HV direction correlation value calculation circuit 31 can be configured by a bandpass filter having the frequency characteristics shown in FIG. Specifically, the G4HV direction correlation value calculation circuit 31 calculates the correlation value S_H_G4 in the H direction for the pixel G4 from the following arithmetic expression.

S_H_G4=Bpf_V/(Bpf_H+Bpf_V)   S_H_G4 = Bpf_V / (Bpf_H + Bpf_V)

そして、G4HV方向相関値算出回路31は、さらにV方向の相関値S_V_G4を以下の演算式から算出する。   Then, the G4HV direction correlation value calculation circuit 31 further calculates the correlation value S_V_G4 in the V direction from the following arithmetic expression.

S_V_G4=1−S_H_G4     S_V_G4 = 1−S_H_G4

補間画素Xを取り囲むその他の周囲画素G6、G11、G13に関しても、各HV方向相関値算出回路32、33、34がG4HV方向相関値算出回路31と同様にして、補間画素Xの右斜め上の画素G6、左斜め下の画素G11、右斜め下の画素G13の各々を中心としたH方向の相関値S_H_G6、S_H_G11、S_H_G13及びV方向の相関値S_V_G6、S_V_G11、S_V_G13それぞれを算出する。各相関値算出回路31〜35によって、図10に示したフローチャートのステップS12に相当する処理が実現する。   As for the other surrounding pixels G6, G11, and G13 surrounding the interpolation pixel X, the HV direction correlation value calculation circuits 32, 33, and 34 are diagonally right above the interpolation pixel X in the same manner as the G4HV direction correlation value calculation circuit 31. H-direction correlation values S_H_G6, S_H_G11, S_H_G13 and V-direction correlation values S_V_G6, S_V_G11, and S_V_G13 are calculated respectively for the pixel G6, the diagonally lower left pixel G11, and the diagonally lower right pixel G13. Each of the correlation value calculation circuits 31 to 35 realizes a process corresponding to step S12 of the flowchart shown in FIG.

選択回路35は、H方向及びV方向の各々について、4つの中から補間画素Xに適用する相関値を選択する。具体的には、選択回路35は、各相関値算出回路31〜34においてそれぞれ相関値を算出する過程で算出したバンドパスフィルタの出力値を比較し、4つの相関値の中で最も相関信頼値Bpf_Maxの大きい、すなわち最も信頼性の高い2つを補間画素Xの相関値として採用する。選択回路35によって、図10に示したフローチャートのステップS13に相当する処理が実現する。   The selection circuit 35 selects a correlation value to be applied to the interpolation pixel X from the four for each of the H direction and the V direction. Specifically, the selection circuit 35 compares the output values of the bandpass filters calculated in the process of calculating the correlation values in the correlation value calculation circuits 31 to 34, respectively, and compares the correlation confidence values among the four correlation values. Two having the largest Bpf_Max, that is, the most reliable, are adopted as the correlation values of the interpolation pixel X. The selection circuit 35 realizes a process corresponding to step S13 in the flowchart shown in FIG.

平均値算出回路36は、選択回路35で選択した上位2箇所の相関値の平均値を算出し、HV各方向から1つの相関値S_H及びS_Vとして出力する。平均値算出回路36によって、図10に示したフローチャートのステップS14に相当する処理が実現する。   The average value calculation circuit 36 calculates the average value of the correlation values at the top two locations selected by the selection circuit 35 and outputs the correlation values as one correlation value S_H and S_V from each HV direction. The average value calculation circuit 36 realizes a process corresponding to step S14 in the flowchart shown in FIG.

G5NH及びNV方向相関値算出回路37は、補間画素Xの上の画素G5を中心として、直交するNH方向及びNV方向に対してフィルタリング処理を行なうことによって、NH方向及びNV方向の相関値を算出する。例えば、図12に示す周波数特性を持つバンドパスフィルタによってG5NH及びNV方向相関値算出回路37を構成することができる。具体的には、G5NH及びNV方向相関値算出回路37は、画素G5に対するNH方向の相関値S_NH_G5を、以下の演算式から算出する。   The G5NH and NV direction correlation value calculation circuit 37 calculates a correlation value in the NH direction and the NV direction by performing filtering processing on the orthogonal NH direction and NV direction around the pixel G5 above the interpolation pixel X. To do. For example, the G5NH and NV direction correlation value calculation circuit 37 can be configured by a bandpass filter having frequency characteristics shown in FIG. Specifically, the G5NH and NV direction correlation value calculation circuit 37 calculates a correlation value S_NH_G5 in the NH direction for the pixel G5 from the following arithmetic expression.

S_NH_G5=Bpf_NV_G5/(Bpf_NH_G5+Bpf_NV_G5)     S_NH_G5 = Bpf_NV_G5 / (Bpf_NH_G5 + Bpf_NV_G5)

そして、G5NH及びNV方向相関値算出回路37は、さらにNV方向の相関値S_NV_G5を以下の演算式から算出する。   Then, the G5NH and NV direction correlation value calculation circuit 37 further calculates a correlation value S_NV_G5 in the NV direction from the following arithmetic expression.

S_NV_G5=1−S_NH_G5     S_NV_G5 = 1-S_NH_G5

補間画素Xを取り囲むその他の周囲画素G8、G9、G12に関しても、各NH及びNV方向相関値算出回路38、39、40がG5NH,NV方向相関値算出回路37と同様にして、補間画素Xの左の画素G8、右の画素G9、下の画素G12の各々を中心としたNH方向の相関値S_NH_G8、S_NH_G9、S_NH_G12及びNV方向の相関値S_NV_G8、S_NV_G9、S_NV_G12をそれぞれ算出する。各相関値算出回路37〜40によって、図10に示したフローチャートのステップS15に相当する処理が実現する。   Regarding the other surrounding pixels G8, G9, and G12 surrounding the interpolation pixel X, the NH and NV direction correlation value calculation circuits 38, 39, and 40 are similar to the G5NH and NV direction correlation value calculation circuit 37 in the same manner as the interpolation pixel X. NH-direction correlation values S_NH_G8, S_NH_G9, S_NH_G12 and NV-direction correlation values S_NV_G8, S_NV_G9, and S_NV_G12, which are centered on the left pixel G8, the right pixel G9, and the lower pixel G12, are calculated. The correlation value calculation circuits 37 to 40 realize processing corresponding to step S15 in the flowchart shown in FIG.

選択回路41は、NH方向及びNV方向の各々について、4つの中から補間画素Xに適用する相関値を選択する。具体的には、選択回路41は、4つの相関値を算出する過程で算出したバンドパスフィルタの出力値を比較し、4つの相関値の中で最も相関信頼値Bpf_Maxの大きい、すなわち最も信頼性の高い2つを補間画素Xの相関値として採用する。選択回路41によって、図10に示したフローチャートのステップS16に相当する処理が実現する。   The selection circuit 41 selects a correlation value to be applied to the interpolation pixel X from the four for each of the NH direction and the NV direction. Specifically, the selection circuit 41 compares the output values of the bandpass filters calculated in the process of calculating the four correlation values, and has the largest correlation reliability value Bpf_Max among the four correlation values, that is, the highest reliability. Are used as the correlation values of the interpolated pixel X. The selection circuit 41 realizes a process corresponding to step S16 in the flowchart shown in FIG.

平均値算出回路42は、選択回路41で選択した上位2箇所の相関値の平均値を算出し、NH方向及びNV方向の各々から1つの相関値S_NH、S_NVとして出力する。平均値算出回路42によって、図10に示したフローチャートのステップS17に相当する処理が実現する。   The average value calculation circuit 42 calculates the average value of the correlation values at the top two locations selected by the selection circuit 41, and outputs it as one correlation value S_NH, S_NV from each of the NH direction and the NV direction. The average value calculation circuit 42 realizes a process corresponding to step S17 in the flowchart shown in FIG.

比較回路43は、補間画素Xが持つ相関の方向性、すなわちどの方向において補間画素Xが周囲画素との相関が強いかを算出する。具体的には、比較回路43は、平均値算出回路36で算出されたHV各方向1つの相関値S_H及びS_Vと、平均値算出回路42で算出されたNH方向及びNV方向の各々の相関値S_NH及びS_NVを図14に示した相関線図と比較することで、相関の方向性を特定する。比較回路43によって、図10に示したフローチャートのステップS18に相当する処理が実現する。   The comparison circuit 43 calculates the directionality of the correlation of the interpolation pixel X, that is, in which direction the correlation of the interpolation pixel X with the surrounding pixels is strong. Specifically, the comparison circuit 43 includes one correlation value S_H and S_V in each HV direction calculated by the average value calculation circuit 36, and each correlation value in the NH direction and NV direction calculated by the average value calculation circuit 42. The directionality of the correlation is specified by comparing S_NH and S_NV with the correlation diagram shown in FIG. The comparison circuit 43 realizes a process corresponding to step S18 in the flowchart shown in FIG.

判定回路44は、比較回路43の算出結果、すなわち相関の強い方向性について、その相関の信頼度があるか否かを判断する。具体的には、判定回路44は、平均化算出回路36及び42によってそれぞれ算出された2つの相関値S_H及びS_NHが図14に示した2つの相関線(A)及び(B)に乗る場合は相関があるものとみなすが、これら2つの相関値S_H及びS_NHが2つの相関線(A)及び(B)に乗らない場合には相関が無いものとみなす。判定回路44による判断結果は、補間回路45に供給される。判定回路44によって、図10に示したフローチャートのステップS19に相当する処理が実現する。   The determination circuit 44 determines whether or not the calculation result of the comparison circuit 43, that is, the directionality having a strong correlation has the reliability of the correlation. Specifically, in the case where the two correlation values S_H and S_NH calculated by the averaging calculation circuits 36 and 42 respectively ride on the two correlation lines (A) and (B) shown in FIG. Although it is considered that there is a correlation, if these two correlation values S_H and S_NH do not ride on the two correlation lines (A) and (B), it is considered that there is no correlation. The determination result by the determination circuit 44 is supplied to the interpolation circuit 45. The determination circuit 44 implements a process corresponding to step S19 in the flowchart shown in FIG.

補間回路45は、補間画素Xに対して解像度重視の補間処理を行なう第1の補間回路451と、S/N重視の補間処理を行なう第2の補間回路452で構成され、判定回路から供給される相関の信頼度に応じて適応的に、いずれか一方の補間回路451又は452に補間処理を委ねる。   The interpolation circuit 45 includes a first interpolation circuit 451 that performs interpolation processing with an emphasis on resolution on the interpolation pixel X, and a second interpolation circuit 452 that performs interpolation processing with an emphasis on S / N, and is supplied from the determination circuit. The interpolation processing is left to one of the interpolation circuits 451 or 452 adaptively according to the reliability of the correlation.

第1の補間回路451は、判定回路44から相関の信頼度が高いという判定結果に応じて、相関がある方向の画素を用いて補間する。相関がある方向の画素で行なう補間処理は、解像度重視の補間処理である。第1の補間回路451によって、図10に示したフローチャートのステップS20に相当する処理が実現する。   The first interpolation circuit 451 interpolates using pixels in a direction having a correlation according to the determination result that the reliability of the correlation is high from the determination circuit 44. Interpolation processing performed on pixels in a direction having a correlation is interpolation processing with emphasis on resolution. The first interpolation circuit 451 implements a process corresponding to step S20 in the flowchart shown in FIG.

一方、第2の補間回路452は、判定回路44から相関の信頼度が低いという判定結果に応じて、補間画素Xの周辺画素の平均値を用いて補間する。例えば、補間画素Xを取り囲む周囲近接4画素の画像信号を用いて、下式に従って補間画素Xを補間する。このように、補間画素Xの周辺画素の平均値を用いて行なう補間処理がS/N重視の補間処理である。第2の補間回路452によって、図10に示したフローチャートのステップS21に相当する処理が実現する。   On the other hand, the second interpolation circuit 452 performs interpolation using the average value of the peripheral pixels of the interpolation pixel X according to the determination result that the reliability of the correlation is low from the determination circuit 44. For example, the interpolated pixel X is interpolated according to the following equation using the image signals of the four neighboring pixels surrounding the interpolated pixel X. As described above, the interpolation process performed using the average value of the peripheral pixels of the interpolation pixel X is an S / N-oriented interpolation process. The second interpolation circuit 452 implements a process corresponding to step S21 in the flowchart shown in FIG.

X=(G5+G8+G9+G12)/4     X = (G5 + G8 + G9 + G12) / 4

なお、各HV方向相関値算出回路31〜34及び各NH及びNV方向相関値算出回路37〜40をバンドパスフィルタで構成することを既に述べたが、バンドパスフィルタに限られるものではない。これらの相関値算出回路を、例えば、微分フィルタなどのハイパスフィルタを用いて構成したり、あるいはローパスフィルタと当該ローパスフィルタの出力を反転させるインバータとの組み合わせによってハイパスフィルタ構成としたりすることも可能である。   Although it has already been described that the HV direction correlation value calculation circuits 31 to 34 and the NH and NV direction correlation value calculation circuits 37 to 40 are configured by bandpass filters, the present invention is not limited to bandpass filters. These correlation value calculation circuits can be configured using, for example, a high-pass filter such as a differential filter, or can be configured as a high-pass filter by combining a low-pass filter and an inverter that inverts the output of the low-pass filter. is there.

図6に示した色コーディングは、輝度成分を作る上で主成分となるGが、補間画素Xに対して水平、垂直、斜めそれぞれの方向に位置する8個の周囲画素、すなわち画素G4、G5、G6、G8、G9、G11、G12、G13に配置され、従来のベイヤー配列に比べて高い輝度解像度の実現を図ったものである。これまで説明してきたように、本実施例1に係る補間処理によれば、このような色コーティング用のフィルタを持つ固体撮像装置に対して、複数の相関値を求めて相関線図と比較することで、全方向(360度)について相関性を判断することができる。すなわち、図6に示した色コーティングに対してG信号をより高精度に補間処理することができ、従来のベイヤー配列に比べて高い解像度の輝度信号を得ることができる。   In the color coding shown in FIG. 6, G, which is a main component in creating a luminance component, is eight surrounding pixels positioned in the horizontal, vertical, and diagonal directions with respect to the interpolation pixel X, that is, pixels G4 and G5. , G6, G8, G9, G11, G12, and G13, and achieves higher luminance resolution than the conventional Bayer array. As described above, according to the interpolation processing according to the first embodiment, a plurality of correlation values are obtained and compared with a correlation diagram for a solid-state imaging device having such a color coating filter. Thus, the correlation can be determined for all directions (360 degrees). That is, the G signal can be interpolated with higher accuracy with respect to the color coating shown in FIG. 6, and a luminance signal having a higher resolution than that of the conventional Bayer array can be obtained.

特に、本実施例1では、図32を参照しながら説明したように、複数の相関値と相関線図との比較により、相関の信頼性が高いか低いかによって補間処理の方法を適応的に切り換えるようになっている。すなわち、相関の信頼性が高いと判定したときはその判定した方向の画素の情報を用いて解像度を重視した補間処理を行ない、また、相関の信頼性が低いと判定したときは、補正画素の周辺画素の情報を平均した値を用いてS/N重視の補間を行なうことで、より高解像度で、且つS/Nにも強い高性能な補間処理を実現することができる。   In particular, in the first embodiment, as described with reference to FIG. 32, the interpolation processing method is adaptively performed depending on whether the correlation reliability is high or low by comparing a plurality of correlation values with a correlation diagram. It is designed to switch. That is, when it is determined that the correlation reliability is high, interpolation processing is performed with emphasis on resolution using the pixel information in the determined direction, and when it is determined that the correlation reliability is low, the correction pixel By performing interpolation with an emphasis on S / N using values obtained by averaging peripheral pixel information, high-performance interpolation processing with higher resolution and resistance to S / N can be realized.

[実施例2]
図17には、本発明の実施例2に係る補間処理の対象となる色コーディング例を示している。同図に示す色コーディングは、水平及び垂直方向の各画素ピッチを√2dとし、各画素が1行毎及び1列毎に画素ピッチ√2dの1/2ずつずれた(奇数行と偶数行で水平方向に画素ピッチの1/2だけ、奇数列と偶数列で垂直方向に画素ピッチの1/2だけ画素がずれた)、いわゆる斜め画素配列に対して、1行目はGとRが交互に配列されたGRライン、2行目はGのみが配列されたGライン、3行目はBとGが交互に配列されたGBライン、4行目はGのみが配列されたGライン、以降、この4行を単位として繰り返して配列されている。
[Example 2]
FIG. 17 shows an example of color coding to be subjected to interpolation processing according to the second embodiment of the present invention. In the color coding shown in the figure, each pixel pitch in the horizontal and vertical directions is set to √2d, and each pixel is shifted by 1/2 of the pixel pitch √2d for each row and each column (in odd and even rows). In contrast to the so-called diagonal pixel arrangement, G and R are alternately arranged in the first row, with the pixel pitch shifted by 1/2 of the pixel pitch in the horizontal direction and by odd and even columns by 1/2 of the pixel pitch in the vertical direction. The second line is a G line in which only G is arranged, the third line is a GB line in which B and G are alternately arranged, the fourth line is a G line in which only G is arranged, and so on. These four rows are repeated as a unit.

図17に示した色コーディング例は、輝度(Y)成分を作る上で主成分となる色成分(本例ではG)と、他の色成分(本例ではR及びB)が、GでR及びBの周囲を囲むように配置され、R及びBが水平・垂直に対して2√2dの間隔で配置された構成である。この色コーディングは、図6に示した色コーディング例における色配列を45度傾けた色コーディングそのものである。   In the color coding example shown in FIG. 17, the color component (G in this example) that is the main component in creating the luminance (Y) component and the other color components (R and B in this example) are G and R And B are arranged so as to surround the periphery, and R and B are arranged at intervals of 2√2d with respect to the horizontal and vertical directions. This color coding is color coding itself in which the color arrangement in the color coding example shown in FIG. 6 is inclined by 45 degrees.

図17に示した色コーディング例におけるサンプリングレートを水平及び垂直方向で考えた場合、Gのサンプリングレートはd/√2であり、R及びBのサンプリングレートは2√2dである。すなわち、R及びBは、水平及び垂直方向のサンプリングレートがGに対して1/4となるように1列おき(本実施例では奇数列)及び1行おき(本実施例では奇数行)に配置されている。したがって、GとR及びBの間に水平及び垂直方向に4倍の解像度の差がある。また、サンプリングレートを斜め45度方向で考えると、Gのサンプリングレートはdであり、R及びBのサンプリングレートは2dである。   When the sampling rate in the color coding example shown in FIG. 17 is considered in the horizontal and vertical directions, the sampling rate of G is d / √2 and the sampling rate of R and B is 2√2d. That is, R and B are arranged every other column (odd columns in this embodiment) and every other row (odd rows in this embodiment) so that the sampling rates in the horizontal and vertical directions are 1/4 with respect to G. Has been placed. Therefore, there is a fourfold resolution difference between G and R and B in the horizontal and vertical directions. Further, when considering the sampling rate in a 45 ° oblique direction, the G sampling rate is d, and the R and B sampling rates are 2d.

ここで、空間周波数特性について考察してみる。水平及び垂直方向については、Gのサンプリングレートがd/√2であるから、サンプリング定理に基づき(1/√2)fsの周波数までG信号を捉えることができる。斜め45度方向については、Gのサンプリングレートがdであるから、サンプリング定理に基づき(1/4)fsの周波数までG信号を捉えることができる。   Here, let us consider the spatial frequency characteristics. In the horizontal and vertical directions, since the sampling rate of G is d / √2, the G signal can be captured up to a frequency of (1 / √2) fs based on the sampling theorem. Since the sampling rate of G is d in the oblique 45 degree direction, the G signal can be captured up to a frequency of (1/4) fs based on the sampling theorem.

同様にR及びBについて考察してみる。但し、RとBは画素配列の間隔が同じであるため、ここではRだけについて述べる。Rの空間周波数特性に関して、水平及び垂直方向については、Rのサンプリングレートが2√2dであるから、サンプリング定理に基づき(1/4√2)fsの周波数までR信号を捉えることが可能である。また、斜め45度方向については、Rのサンプリングレートが2dであるから、サンプリング定理に基づき(1/2)fsの周波数までR信号を捉えることができる。   Similarly, consider R and B. However, since R and B have the same pixel array interval, only R will be described here. Regarding the spatial frequency characteristics of R, since the sampling rate of R is 2√2d in the horizontal and vertical directions, it is possible to capture the R signal up to a frequency of (1 / 4√2) fs based on the sampling theorem. . Further, in the direction of 45 degrees obliquely, since the sampling rate of R is 2d, the R signal can be captured up to a frequency of (1/2) fs based on the sampling theorem.

ちなみに、斜め画素配列の固体撮像装置は、正方格子状の画素配列の場合に比べて、画素ピッチが狭くなるので、高い解像度を得ることができる。また、正方格子状の画素配列と同じ解像度とする場合には、正方格子状の画素配列の画素ピッチよりも広い画素ピッチで画素を配列することが可能となるから、画素の開口を広くとることができ、その結果、S/Nを向上できる。   Incidentally, the solid-state imaging device having an oblique pixel arrangement can obtain a high resolution because the pixel pitch is narrower than that in the case of a square lattice pixel arrangement. In addition, in the case of the same resolution as that of the square lattice pixel arrangement, it is possible to arrange the pixels with a pixel pitch wider than the pixel pitch of the square lattice pixel arrangement. As a result, S / N can be improved.

図17に示した色コーディングの詳細に関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特願2005−107037号明細書の段落0055〜0072を参照されたい。   For details of the color coding shown in FIG. 17, for example, refer to paragraphs 0055 to 0072 of Japanese Patent Application No. 2005-107037 already assigned to the present applicant.

本実施例2では、図17に示した色コーディング例に対する補間処理を特徴としている。以下、その補間処理について具体的に説明する。   The second embodiment is characterized by an interpolation process for the color coding example shown in FIG. Hereinafter, the interpolation process will be specifically described.

図18には、図17に示した色コーディング例を正方格子で表現し直したものである。図6に示した色コーディング例におけるGの配列と図18におけるGの配列とは、45度方向回転した関係にあることが分かる。このことから、図17に示した色コーディング例に対して、先述した実施例1に係る補間処理を45度回転させた位置関係にて、R及びB画素の空間位置におけるG画素を高精度に補間できることを理解できよう。   In FIG. 18, the color coding example shown in FIG. 17 is re-expressed in a square lattice. It can be seen that the arrangement of G in the color coding example shown in FIG. 6 and the arrangement of G in FIG. 18 are in a relationship rotated by 45 degrees. Accordingly, with respect to the color coding example shown in FIG. 17, the G pixel at the spatial position of the R and B pixels can be obtained with high accuracy in the positional relationship obtained by rotating the interpolation processing according to the first embodiment described above by 45 degrees. You will understand that you can interpolate.

図19には、本実施例2に係る補間処理を実行する補間処理回路23Bの構成例を示している。同図に示すように、本実施例に係る補間処理回路23Bは、前段補間処理回路231と後段補間処理回路232とからなる2段構成となっている。   FIG. 19 shows a configuration example of an interpolation processing circuit 23B that executes the interpolation processing according to the second embodiment. As shown in the figure, the interpolation processing circuit 23B according to the present embodiment has a two-stage configuration including a pre-stage interpolation processing circuit 231 and a post-stage interpolation processing circuit 232.

前段補間処理回路231は、基本的に、実施例1と同様の手順で補間処理を行ない、これによって図18中のGの画素配列においてR及びB画素の空間位置のG画素を補間することができる。図20には、この前段補間処理回路231による補間処理の結果、すなわち図18のGの画素配列においてR及びB画素の空間位置のG画素を補間した結果を示している。この補間処理により、図20中のG配列が高精度に補間される。ここで、図20のGの配列に注目すると、Gが市松状に配置されていることが分かる。   The pre-stage interpolation processing circuit 231 basically performs interpolation processing in the same procedure as in the first embodiment, and thereby interpolates G pixels at the spatial positions of R and B pixels in the G pixel array in FIG. it can. FIG. 20 shows the result of the interpolation processing by the pre-stage interpolation processing circuit 231, that is, the result of interpolating G pixels at the spatial positions of R and B pixels in the G pixel array of FIG. 18. By this interpolation processing, the G array in FIG. 20 is interpolated with high accuracy. Here, when attention is paid to the arrangement of G in FIG. 20, it can be seen that G is arranged in a checkered pattern.

後段補間処理回路232は、基本的に、先述したベイヤー配列に対する場合と同様の手順で補間処理を行ない、これによって図20中のGの画素配列に対して補間処理を行なう。このベイヤー配列の補間処理により、市松状に配置されたGから全画素についてGが生成される。図21には、後段補間処理回路232による補間処理の結果、すなわち市松状に配置されたGから全画素Gに補間した結果を示している。   The post-stage interpolation processing circuit 232 basically performs an interpolation process in the same procedure as that for the Bayer array described above, and thereby performs an interpolation process on the G pixel array in FIG. By this Bayer array interpolation processing, G is generated for all pixels from G arranged in a checkered pattern. FIG. 21 shows the result of interpolation processing by the post-stage interpolation processing circuit 232, that is, the result of interpolation from G arranged in a checkered pattern to all pixels G.

このように、図17に示した色コーディング例に対して、前段補間処理回路231による補間処理すなわち実施例1に係る補間処理と、後段補間処理回路232による補間処理すなわちベイヤー配列の補間処理とを組み合わせて補間処理を行なうことで、限界解像度に至るまでのGの解像度を得ることができる。   As described above, with respect to the color coding example shown in FIG. 17, the interpolation processing by the pre-stage interpolation processing circuit 231, that is, the interpolation processing according to the first embodiment, and the interpolation processing by the post-stage interpolation processing circuit 232, that is, the Bayer array interpolation processing. By performing interpolation processing in combination, it is possible to obtain G resolution up to the limit resolution.

図22には、ベイヤー配列、図6に示した色コーディング、図17に示した色コーディングの各々における空間解像度特性を示している。図6に示した色コーディングの解像度と図17に示した色コーディングの解像度とを比較すると、水平・垂直方向では、図17に示した色コーディングの解像度の方が有利である。一般的に、カメラで被写体を撮影する場合には直線成分を含んだ画像は水平及び垂直方向に分布していることが多い。この観点からすると、図17に示した色コーディングの方が図8に示した色コーディングよりも有利であると言える。   FIG. 22 shows the spatial resolution characteristics in each of the Bayer array, the color coding shown in FIG. 6, and the color coding shown in FIG. Comparing the color coding resolution shown in FIG. 6 with the color coding resolution shown in FIG. 17, the color coding resolution shown in FIG. 17 is more advantageous in the horizontal and vertical directions. In general, when a subject is photographed with a camera, an image including a linear component is often distributed in the horizontal and vertical directions. From this point of view, it can be said that the color coding shown in FIG. 17 is more advantageous than the color coding shown in FIG.

また、カメラ信号処理回路14(図1を参照のこと)の出力として画像信号を正方格子状に出力する必要があることを考慮すると、図17に示した色コーディングでは画素数の2倍の出力サイズとして出力することができるというメリットがある。無論、ベイヤー配列に比べると解像度が格段に上がっていることが図22から理解できよう。   Further, considering that the image signal needs to be output in a square lattice pattern as the output of the camera signal processing circuit 14 (see FIG. 1), the color coding shown in FIG. 17 outputs twice the number of pixels. There is an advantage that it can be output as a size. Of course, it can be understood from FIG. 22 that the resolution is significantly higher than that of the Bayer array.

カメラ信号処理回路14において、本実施例2に係る補間処理回路23Bをそのまま補間処理回路23として用いることで、上記のような作用効果を得ることができる。また、図23に示すような、補間処理回路23Bを変形した補間処理回路23B′のような構成を採ることも可能である。   In the camera signal processing circuit 14, by using the interpolation processing circuit 23B according to the second embodiment as the interpolation processing circuit 23 as it is, the above-described operation and effect can be obtained. Further, it is possible to adopt a configuration such as an interpolation processing circuit 23B ′ obtained by modifying the interpolation processing circuit 23B as shown in FIG.

図23に示した補間処理回路23B′は、後段補間処理回路232の入力側に切替スイッチ233を設け、前段補間処理回路231の出力信号とWB回路22(図1を参照のこと)の出力信号(前段補間処理回路231の入力信号)の一方を後段補間処理回路232に選択的に入力可能な構成である。かかる構成を採ることで、1つのカメラシステムで図17に示した色コーディングとベイヤー配列という2タイプの固体撮像装置に対応できることになる。   The interpolation processing circuit 23B ′ shown in FIG. 23 is provided with a changeover switch 233 on the input side of the post-stage interpolation processing circuit 232, and the output signal of the pre-stage interpolation processing circuit 231 and the output signal of the WB circuit 22 (see FIG. 1). One of the signals (input signal of the pre-stage interpolation processing circuit 231) can be selectively input to the post-stage interpolation processing circuit 232. By adopting such a configuration, one camera system can correspond to the two types of solid-state image pickup devices of color coding and Bayer arrangement shown in FIG.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.

本発明は、とりわけ、各画素が水平方向及び垂直方向で等間隔となるように正方格子状に配列された画素配列に対して、輝度成分を算出する際に主成分となる色成分が、他の色成分のそれぞれの周囲を囲むように配置した色フィルタを用いた色コーディングが施された画像信号に対し、輝度成分を算出する主成分の色フィルタ配列補間の処理に好適に適用することができるが、本発明の要旨は特定の色コーディングに限定されるものではない。   In the present invention, in particular, for a pixel array in which each pixel is arranged in a square lattice so as to be equally spaced in the horizontal direction and the vertical direction, the color component that is the main component when calculating the luminance component is For image signals that have been color-coded using color filters that are arranged so as to surround each of the color components of the color components, the present invention can be suitably applied to the color filter array interpolation processing of the main components for calculating the luminance components. However, the gist of the present invention is not limited to a specific color coding.

また、本明細書では、輝度成分を作る上で主成分となるGで、R及びBの各々の周囲を囲む色コーディングとして、図8並びに図17に示した2つの色コーディング例を用いた実施例を中心に説明したが、本発明が適用可能な色コーディングはこれら2つの色コーディング例に限られるものではない。例えば、正方格子状の画素配列に対して、1行目は水平方向の4画素を単位としてRGGGの繰り返しで配列し、2行目はGのみを配列し、3行目は水平方向の4画素を単位としてGGBGの繰り返しで配列し、4行目はGのみを配列し、以降はこの4行を単位として繰り返して配列した色コーディングなどであっても、同様に本発明に係る補間処理を適用することができる。   Further, in this specification, two color coding examples shown in FIG. 8 and FIG. 17 are used as the color coding surrounding G and R which are the main components in creating the luminance component. Although the example has been mainly described, the color coding to which the present invention can be applied is not limited to these two color coding examples. For example, with respect to a square lattice pixel arrangement, the first line is arranged by repeating RGGG in units of 4 pixels in the horizontal direction, the second line is arranged with only G, and the third line is 4 pixels in the horizontal direction. In the same way, the interpolation processing according to the present invention is applied even to color coding that is arranged by repeating GGBG with 4 as the unit, only G is arranged in the 4th row, and the 4 rows are repeated as a unit thereafter. can do.

また、本明細書では輝度信号に関して高解像度を実現するためのG信号の補間処理に注目して説明してきたが、Gと同様の補間処理をRやB、あるいはその他の色、例えばシアン、イエローに対して適用することも可能である。   In this specification, the G signal interpolation processing for realizing a high resolution with respect to the luminance signal has been described. However, the same interpolation processing as G is performed for R, B, or other colors such as cyan and yellow. It is also possible to apply to.

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、請求の範囲の記載を参酌すべきである。   In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the description of the claims should be considered.

図1は、本発明に係る画像処理装置又は画像処理方法を適用した撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an imaging apparatus to which an image processing apparatus or an image processing method according to the present invention is applied. 図2は、ベイヤー配列でGのみを抜き出した画素配列を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a pixel array in which only G is extracted in the Bayer array. 図3は、解像度チャートを示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a resolution chart. 図4は、バンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the bandpass filter. 図5は、ベイヤー配列におけるG解像度とRB解像度の限界解像度を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing limit resolutions of G resolution and RB resolution in the Bayer array. 図6は、本発明の実施例1に係る補間処理の対象となる色コーディング例を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of color coding to be subjected to interpolation processing according to the first embodiment of the present invention. 図7は、色コーディング例におけるG解像度とRB解像度の限界解像度を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating limit resolutions of G resolution and RB resolution in a color coding example. 図8は、色コーディング例でGのみを抜き出した画素配列を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing a pixel array in which only G is extracted in the color coding example. 図9は、H方向、V方向、NH方向及びNV方向の関係を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship among the H direction, the V direction, the NH direction, and the NV direction. 図10は、本発明の実施例1に係る補間処理の手順を示したフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the interpolation processing according to the first embodiment of the present invention. 図11は、HV方向のバンドパスフィルタの周波数特性を示した図である。FIG. 11 is a diagram illustrating frequency characteristics of the bandpass filter in the HV direction. 図12は、NH、NV方向のバンドパルスフィルタの周波数特性を示した図である。FIG. 12 is a diagram illustrating frequency characteristics of band pulse filters in the NH and NV directions. 図13は、解像度チャートを示した図である。FIG. 13 shows a resolution chart. 図14は、周波数チャートにおける各ポイントとその相関値の関係を示した相関線図である。FIG. 14 is a correlation diagram showing the relationship between each point in the frequency chart and its correlation value. 図15は、相関値と補間値の関係を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the correlation value and the interpolation value. 図16は、実施例1に係る補間処理を実行する補間処理回路の構成の一例を示したブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an interpolation processing circuit that executes the interpolation processing according to the first embodiment. 図17は、本発明の実施例2に係る補間処理の対象となる色コーディング例を示した図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example of color coding to be subjected to interpolation processing according to the second embodiment of the present invention. 図18は、色コーディング例を正方格子で表現した図である。FIG. 18 is a diagram in which a color coding example is expressed by a square lattice. 図19は、実施例2に係る補間処理を実行する補間処理回路の構成の一例を示したブロック図である。FIG. 19 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an interpolation processing circuit that executes the interpolation processing according to the second embodiment. 図20は、前段補間処理回路による補間処理の結果を示した図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a result of the interpolation processing by the pre-stage interpolation processing circuit. 図21は、後段補間処理回路による補間処理の結果を示した図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a result of the interpolation processing by the post-stage interpolation processing circuit. 図22は、ベイヤー配列、色コーディング1、色コーディング2での空間解像度特性を示した図である。FIG. 22 is a diagram showing spatial resolution characteristics in the Bayer array, color coding 1, and color coding 2. 図23は、実施例2に係る補間処理を実行する補間処理回路の変形例を示したブロック図である。FIG. 23 is a block diagram illustrating a modification of the interpolation processing circuit that executes the interpolation processing according to the second embodiment. 図24は、ベイヤー配列の色コーディングを示した図である。FIG. 24 is a diagram illustrating color coding of the Bayer array. 図25は、色コーディングが施された画像をデモザイク処理する様子を示した図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a state in which demosaic processing is performed on an image on which color coding has been performed. 図26は、補間画素Xの周囲4画素をそれぞれ中心としたHV方向の相関値を算出する様子を示した図である。FIG. 26 is a diagram showing how the correlation values in the HV direction are calculated with the four surrounding pixels of the interpolation pixel X as the centers. 図27は、S_H_G4とS_H_G13を信頼できる相関値として選択した様子を示した図である。FIG. 27 is a diagram illustrating a state in which S_H_G4 and S_H_G13 are selected as reliable correlation values. 図28は、補間画素Xを中心としたHV方向の相関値を算出する様子を示した図である。FIG. 28 is a diagram showing how the correlation value in the HV direction centering on the interpolation pixel X is calculated. 図29は、補間画素Xの周囲4画素をそれぞれ中心としたNH及びNV方向の相関値を算出する様子を示した図である。FIG. 29 is a diagram illustrating how the correlation values in the NH and NV directions with the four surrounding pixels of the interpolation pixel X as the center are calculated. 図30は、S_NH_G5とS_NH_G9を信頼できる相関値として選択した様子を示した図である。FIG. 30 is a diagram illustrating a state in which S_NH_G5 and S_NH_G9 are selected as reliable correlation values. 図31は、補間画素X中心としたNH及びNV方向の相関値を算出する様子を示した図である。FIG. 31 is a diagram showing how the correlation values in the NH and NV directions with the interpolation pixel X center are calculated. 図32は、補S_H(図14中の相関線(A))から0.5を引き算した絶対値からなる相関線と、S_NH(図14中の相関線(B))から0.5を引き算した絶対値からなる相関線をそれぞれプロットした相関線図である。FIG. 32 shows a correlation line composed of absolute values obtained by subtracting 0.5 from the complement S_H (correlation line (A) in FIG. 14) and 0.5 from S_NH (correlation line (B) in FIG. 14). It is the correlation diagram which plotted the correlation line which consists of measured absolute value, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

11…撮像レンズ
12…撮像デバイス
14…カメラ信号処理回路
21…光学系補正回路
22…WB(ホワイトバランス)回路
23、23A、23B、23B′…補間処理回路
24…ガンマ補正回路
25…Y(輝度)信号処理回路
26…C(クロマ)信号処理回路
27…帯域制限LPF(ローパスフィルタ)
28…間引き処理回路
31〜34、37〜40…相関値算出回路
35、41…選択回路
36、42…平均値算出回路
43…比較回路
44…判定回路
45…補間回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Imaging lens 12 ... Imaging device 14 ... Camera signal processing circuit 21 ... Optical system correction circuit 22 ... WB (white balance) circuit 23, 23A, 23B, 23B '... Interpolation processing circuit 24 ... Gamma correction circuit 25 ... Y (luminance) ) Signal processing circuit 26 ... C (chroma) signal processing circuit 27 ... Band-limited LPF (low-pass filter)
28 ... Decimation processing circuit 31-34, 37-40 ... Correlation value calculation circuit 35, 41 ... Selection circuit 36, 42 ... Average value calculation circuit 43 ... Comparison circuit 44 ... Determination circuit 45 ... Interpolation circuit

Claims (12)

G成分が他のRB成分の各々の周囲を囲むように配列された色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理装置において、
画像信号を入力する手段と、
G信号が抜けた補間画素を取り囲む各周囲画素のうち、第1の直交方向に隣接してG信号が存在する第1の周囲画素について、前記第1の直交方向の画素とのG信号の相関度合いを示す前記第1の相関値を求め、相関値の高い方から所定数を平均して前記補間画素の前記第1の相関値とする第1の相関値算出手段と、
前記各周囲画素のうち、前記第1の周囲画素以外の第2の周囲画素について、前記第1の直交方向とは異なる第2の直交方向の画素との相関度合いを示す前記第2の相関値を求め、相関値の高い方から所定数を平均して前記補間画素の前記第2の相関値とする第2の相関値算出手段と、
前記第1の相関値と前記第2の相関値とに基づいて、前記補間画素を補間する際に使用する補間用画素を特定する補間用画素特定手段と、
前記補間用画素特定手段により特定された補間用画素に存在するG信号を用いて前記補間画素のG信号を補間する補間手段と、
を具備することを特徴とする画像処理装置。
In an image processing apparatus that processes an image captured by an imaging unit having a color filter for color coding in which a G component is arranged so as to surround each of the other RB components,
Means for inputting an image signal;
Among the peripheral pixels surrounding the interpolation pixel G signal is missing, the correlation of the first of the surrounding pixels, the G signal of the pixel of the first orthogonal direction G signal adjacent to the first orthogonal direction are present A first correlation value calculating means for obtaining the first correlation value indicating a degree, and averaging a predetermined number from a higher correlation value to obtain the first correlation value of the interpolation pixel;
The second correlation value indicating a degree of correlation with a pixel in a second orthogonal direction different from the first orthogonal direction for a second peripheral pixel other than the first peripheral pixel among the respective peripheral pixels. A second correlation value calculating unit that averages a predetermined number from the higher correlation value and sets the second correlation value of the interpolated pixel;
Interpolation pixel specifying means for specifying an interpolation pixel to be used when interpolating the interpolation pixel based on the first correlation value and the second correlation value;
Interpolating means for interpolating the G signal of the interpolation pixel using the G signal existing in the interpolation pixel specified by the interpolation pixel specifying means;
An image processing apparatus comprising:
前記相関値算出手段は、前記周囲画素の各々について、直交する2つのフィルタの出力に基づいて前記第1の相関値を算出するとともに、前記第1の相関値の算出の際とは異なる方向特性を持つ直交する2つのフィルタの出力に基づいて前記第2の相関値を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The correlation value calculation means calculates the first correlation value for each of the surrounding pixels based on the outputs of two orthogonal filters, and has different directional characteristics from the calculation of the first correlation value. Calculating the second correlation value based on the outputs of two orthogonal filters having
The image processing apparatus according to claim 1.
前記相関値算出手段は、前記第2の相関値の算出において、前記第1の相関値の算出に使用するフィルタとは所定の角度だけ方向特性がずれたフィルタを用いる、
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
The correlation value calculating means uses a filter whose direction characteristics are shifted by a predetermined angle from the filter used for calculating the first correlation value in the calculation of the second correlation value.
The image processing apparatus according to claim 2.
前記補間用画素特定手段は、前記第1の相関値と前記第2の相関値との相関関係を比較することにより、補間しようとする所望の画素回り360度の相関性に基づいて、所望の画素を補間する際に使用する他の画素を特定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
The interpolating pixel specifying means compares the correlation between the first correlation value and the second correlation value, and based on the correlation of 360 degrees around the desired pixel to be interpolated, Identify other pixels to use when interpolating the pixels,
The image processing apparatus according to claim 2.
前記色コーディング用の色フィルタ上には、各画素が水平方向及び垂直方向で等間隔となるように正方格子状に配列された画素配列に対して、G成分がRB成分のそれぞれの周囲を囲むように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
On the color filter for color coding, the G component surrounds each of the RB components with respect to a pixel array in which the pixels are arranged in a square lattice pattern at equal intervals in the horizontal direction and the vertical direction. Arranged so that,
The image processing apparatus according to claim 1.
前記色コーディング用の色フィルタ上には、各画素が1行毎及び1列毎に画素ピッチの1/2ずつずれた斜め画素配列に対して、G成分がRB成分のそれぞれの周囲を囲むように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
On the color filter for color coding, the G component surrounds each of the RB components with respect to an oblique pixel array in which each pixel is shifted by ½ of the pixel pitch for each row and for each column. Located in the
The image processing apparatus according to claim 1.
前記補間用画素特定手段は、前記第1の相関値及び前記第2の相関値に基づいて前記補間画素が持つ相関の方向性を求め、相関が強い方向の周囲画素を補間用画素とする、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The interpolation pixel specifying means obtains the directionality of the correlation of the interpolation pixel based on the first correlation value and the second correlation value, and uses surrounding pixels in a direction with strong correlation as interpolation pixels.
The image processing apparatus according to claim 1.
前記第1の相関値及び前記第2の相関値に関する信頼度を算出する信頼度算出手段をさらに備え、
前記補間用画素特定手段は、前記信頼度に応じて補間用画素を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
A reliability calculation means for calculating reliability related to the first correlation value and the second correlation value;
The interpolation pixel specifying means specifies an interpolation pixel according to the reliability.
The image processing apparatus according to claim 1.
前記補間用画素特定手段は、前記第1の相関値と前記第2の相関値の和に基づいて前記信頼度を判別する、
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
The interpolation pixel specifying means determines the reliability based on a sum of the first correlation value and the second correlation value;
The image processing apparatus according to claim 8.
前記信頼度が所定の範囲内に収まるときには、前記補間用画素特定手段は相関が強い方向の周囲画素を補間用画素とする、
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
When the reliability falls within a predetermined range, the interpolation pixel specifying means sets the surrounding pixels in the direction of strong correlation as interpolation pixels.
The image processing apparatus according to claim 8.
前記信頼度が所定の範囲外にあるときには、前記補間用画素特定手段は補間用画素を特定せず、前記補間手段は前記補間画素の周辺画素の情報の平均値を用いて補間を行なう、
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
When the reliability is outside a predetermined range, the interpolation pixel specifying unit does not specify an interpolation pixel, and the interpolation unit performs interpolation using an average value of information on peripheral pixels of the interpolation pixel.
The image processing apparatus according to claim 8.
G成分が他のRB成分の各々の周囲を囲むように配列された色コーディング用の色コーディング用の色フィルタを有する撮像手段により撮像された画像を処理する画像処理方法において、
G信号が抜けた補間画素を取り囲む各周囲画素のうち、第1の直交方向に隣接してG信号が存在する第1の周囲画素について、前記第1の直交方向の画素とのG信号の相関度合いを示す前記第1の相関値を求め、相関値の高い方から所定数を平均して前記補間画素の前記第1の相関値とする第1の相関値算出ステップと、
前記各周囲画素のうち、前記第1の周囲画素以外の第2の周囲画素について、前記第1の直交方向とは異なる第2の直交方向の画素との相関度合いを示す前記第2の相関値を求め、相関値の高い方から所定数を平均して前記補間画素の前記第2の相関値とする第2の相関値算出ステップと、
前記第1の相関値と前記第2の相関値とに基づいて、前記補間画素を補間する際に使用する補間用画素を特定する補間用画素特定ステップと、
前記補間用画素特定ステップにおいて特定された補間用画素に存在するG信号を用いて前記補間画素のG信号を補間する補間ステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。
In an image processing method for processing an image picked up by an image pickup means having a color coding color filter for color coding arranged so that a G component surrounds each of the other RB components,
Among the peripheral pixels surrounding the interpolation pixel G signal is missing, the correlation of the first of the surrounding pixels, the G signal of the pixel of the first orthogonal direction G signal adjacent to the first orthogonal direction are present A first correlation value calculating step of obtaining the first correlation value indicating a degree and averaging the predetermined number from the higher correlation value to obtain the first correlation value of the interpolation pixel;
The second correlation value indicating a degree of correlation with a pixel in a second orthogonal direction different from the first orthogonal direction for a second peripheral pixel other than the first peripheral pixel among the respective peripheral pixels. A second correlation value calculating step that averages a predetermined number from the higher correlation value to obtain the second correlation value of the interpolated pixel;
An interpolation pixel specifying step for specifying an interpolation pixel to be used when interpolating the interpolation pixel based on the first correlation value and the second correlation value;
An interpolation step of interpolating the G signal of the interpolation pixel using the G signal existing in the interpolation pixel specified in the interpolation pixel specifying step;
An image processing method comprising:
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